DE19823195A1

DE19823195A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffwerkstückoberflächen

Info

Publication number: DE19823195A1
Application number: DE19823195A
Authority: DE
Inventors: Joerg Stange; Horst Pilatzki; Peter Wuerz; Jun Joerg Grzelka
Original assignee: W Doellken and Co GmbH
Current assignee: W Doellken and Co GmbH
Priority date: 1998-05-23
Filing date: 1998-05-23
Publication date: 1999-11-25
Anticipated expiration: 2018-05-24
Also published as: DE19823195C2

Abstract

Es handelt sich um ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen, insbesondere Profilleisten (1), wonach ein vorgegebenes Druckmuster in einen Rechner (2) eingelesen wird. Der Rechner (2) steuert nach Maßgabe des Druckmusters einen angeschlossenen anschlagfreien Drucker (3), insbesondere Tintenstrahldrucker (3), zur Erzeugung eines Druckbildes auf der zu bedruckenden Kunststoffoberfläche entsprechend an.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bedrucken von Kunststoffwerkstückoberflächen, insbesondere Profilleisten.

Derartige Verfahren sind aus der Praxis in großer Zahl bekannt. Üblicherweise erfolgt das Drucken mittels kon ventioneller Druckverfahren, regelmäßig unter Verwendung von speziell angefertigten Druckwalzen. Dies ist nicht nur aufwendig und teuer, sondern auch unflexibel, was die Anpassung eines Druckbildes an verschiedene vorgegebene Druckmuster angeht. - Hier will die Erfindung insgesamt Abhilfe schaffen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kosten günstiges und im Hinblick auf wechselnde Druckmuster flexibles Druckverfahren für Kunststoffwerkstückoberflächen anzugeben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein Verfahren zum Bedrucken von Kunststoffwerkstückoberflächen, insbesondere Profilleisten, wonach

1. ein vorgegebenes Druckmuster in einen Rechner einge lesen wird, und wonach
2. der Rechner nach Maßgabe des Druckmusters einen angeschlossenen anschlagfreien Drucker, insbesondere Tintenstrahldrucker, zur Erzeugung eines Druckbildes auf der zu bedruckenden Oberfläche entsprechend ansteuert.

Üblicherweise wird das Druckmuster mittels einer Digitali siervorrichtung, insbesondere Scanner, Digitalkamera etc. abgetastet, wobei das solchermaßen erzeugte Digitaldruck muster in den an die Digitalisiervorrichtung angeschlos senen Rechner übergeben bzw. übermittelt wird. Damit die Druckfarben oder Lacke auf der regelmäßig nicht saugfähigen (Kunststoff)-Oberfläche besser haften, werden die Träger werkstoffe, also im allgemeinen die Profilleisten, auf energetischem Wege physikalisch an den Grenzflächen ver ändert. Hierzu dienen vorzugsweise chemisch/physikalische Verfahren, welche die zu bedruckende (Kunststoff)-Ober fläche zumindest im Bereich des herzustellenden Druckbildes z. B. durch Erzeugen einer Korona-Entladung, durch Ätzen, Aufbringen von Haftvermittlern, abrasives Aufrauhen, Flämmen etc. vorbehandeln. Auf diese Weise wird eine Haftung der vorzugsweise mittels eines Tintenstrahldruckers ausgestoßenen Tintentropfen im Bereich des Druckbildes ermöglicht. Jedenfalls ist die Vorbehandlung ein Weg, um schlecht zu bedruckende Materialien, wie z. B. PP bedruck bar zu machen.

Nach einem anderen Vorschlag der Erfindung mit selbständiger Bedeutung kann die zu bedruckende Oberfläche bei vermindertem Luftdruck plasmabehandelt werden. - Als anschlagfreier Drucker wird hauptsächlich ein nach dem Blasenstrahlprinzip arbeitender Tintenstrahldrucker einge setzt. Die mittels des Tintenstrahldruckers erzeugten Tintentropfen werden regelmäßig durch Bildung einer Tinten dampfblase im Bereich eines elektrothermischen Wandlers ausgestoßen. Um insgesamt homogene Druckbilder zu erzeugen, weist der Tintenstrahldrucker einen m-spaltigen Matrix- Druckkopf mit jeweils n-Drucköffnungen in einer Zeile zur Erzeugung eines Druckbildes auf Basis einer m × n-Matrix auf.

Die mit der Erfindung erreichten Vorteile sind überwiegend darin zu sehen, daß Kunststoffwerkstückoberflächen nunmehr im Rahmen eines kostengünstigen und an wechselnde Druck muster anpassungsfähigen Druckverfahrens beschichtet werden können. Die Reproduzierbarkeit der Druckfarben wird erhöht, da stets die gleichen Farbrezepturen eingesetzt werden können. Rüstzeiten werden nicht nur erheblich verkürzt, sondern können teilweise sogar gänzlich entfallen. Auch kleinere Serien lassen sich problemlos realisieren, und zwar gleichzeitig schnell und flexibel. Besondere Bedeutung kommt in diesem Zusammenhang der Vorbehandlung der (Kunststoff)-Oberflächen zu. Denn derartige Oberflächen sind oft nicht polar ausgebildet, so daß die aufzu bringenden Lacke, Tinten, Druckfarben usw. die üblicher weise in polaren Lösungsmitteln vorliegen, selten oder sehr schlecht haften. Dies gilt besonders für Polyolefine, ins besondere Polyethylen (PE), welche namentlich eine unpolare Oberfläche aufweisen. Hier sieht die Erfindung vor, daß sogenannte Haftzentren gebildet werden. Hierdurch lassen sich bisher unpolare Oberflächen, insbesondere die von Polymeren, in solche mit polarem Charakter umwandeln. Diese Veränderung ist relativ gut meßbar dadurch, daß sich ein Wassertropfen oder ein Tropfen Testflüssigkeit mehr oder weniger gut auf der Oberflächen ausbreitet, diese folglich benetzt.

In diesem Zusammenhang sieht die Erfindung im wesentlichen vor, die (Kunststoff)-Oberfläche durch Aufspaltung im molekularen und atomaren Bereich zu verändern, und zwar regelmäßig durch Erzeugen einer Koronaentladung. In die gleiche Richtung zielen Maßnahmen zur Beflammung im Zuge einer erforderlichen Vorbehandlung, wobei die Oberfläche mit einer Gasflamme bestrichen wird. Bei der Korona- Behandlung erfolgt eine Beeinflussung mittels Funken, wobei die zu bedruckende (Kunststoff)-Oberfläche üblicherweise zwischen zwei Elektroden hindurchgeführt wird, zwischen denen eine sogenannte Korona-Entladung brennt. Allerdings werden die aus einer Elektrode austretenden Elektronen auf ihrem Weg zur Oberfläche durch Zusammenstoß mit Luft molekülen abgebremst, so daß nur ein Teil der Korona- Leistung in Oberflächeneffekte umgesetzt wird. - Vor teilhafter hat sich hier die Plasmabehandlung der zu bedruckenden Kunststoffoberfläche bei vermindertem Luft druck herausgestellt.

In physikalischem Sinne handelt es sich bei einer Korona- Entladung zwar ebenfalls um ein Plasmaverfahren, dieses wird jedoch aufgrund der Anwendung bei normalen Atmosphärendruck terminologisch als Korona-Vorgang einge ordnet. Eine Plasmabehandlung ist dagegen eine Entladung bei vermindertem Druck, wobei die Bedingungen von knapp unter dem Atmosphärendruck bis 0,1 Millibar liegen können. Insgesamt lassen sich im Rahmen einer Plasmabehandlung intensivere und gleichmäßigere Änderungen der Ober flächeneigenschaften erzielen. Infolge der vom Plasma erzeugten freien Radikale kommt es in Anwesenheit von Sauerstoff zur Oxidation und in Abwesenheit von Sauerstoff zur Vernetzung der Oberflächen. Jedenfalls wird üblicher weise so vorgegangen, daß Formteile bzw. Kunststoffwerk stücke im Rahmen eines diskontinuierlichen Betriebes auf einem Gestell in eine (Hoch-)Vakuumkammer eingefahren und hier entsprechend behandelt werden. Selbstverständlich ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, im Rahmen der Plasmabehandlung eine sogenannte Plasmapolymerisation durchzuführen, wobei ein Monomergas in der Plasmakammer durch die dort stattfindende Glimmentladung so angeregt wird, daß es sich auf der Kunststoffoberfläche nieder schlägt und dort einen polymeren, besonders gut haftenden, Überzug bildet.

Immer entsteht ein hervorragend haftfähiges Produkt, welches sich für die anschließende Bedruckung im Rahmen eines Tintenstrahldruckverfahrens besonders gut eignet. Dabei hat sich herausgestellt, daß vorzugsweise nach dem Blasenstrahlprinzip gearbeitet werden sollte, weil hierbei die Tinte durch eine kleine Tintendampfblase aus der Düse gedrückt und auf das Papier gespritzt wird. Diese Vor gehensweise ermöglicht sogar das gleichzeitige Aufbringen von in der Tinte fein verteilten Metallsplittern, welche einen gleichsam Metalleffekt erzeugen. Bei nach dem Unter druckverfahren arbeitenden Tintenstrahldruckern ist der artiges nicht - jedenfalls nicht problemlos - möglich.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zum Bedrucken von (Kunststoff)-Oberflächen, insbesondere Profilleisten nach Patentanspruch 8. Vorteilhafte Ausge staltungen dieser Vorrichtung sind in den Ansprüchen 9 und 10 beschrieben.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläu tert; es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen Vorrich tung;

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1 im Bereich des Tintenstrahldruckers und

Fig. 3 eine Plasmabehandlungsanlage zur Vorbehandlung der Kunststoffoberflächen.

In den Figuren ist eine Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffoberflächen, insbesondere Profilleisten 1 ge zeigt. Diese Vorrichtung weist einen Rechner 2 zum Einlesen eines vorgegebenen Druckmusters und einen an den Rechner 2 angeschlossenen, von diesem steuerbaren, anschlagfreien Drucker 3 zur Erzeugung eines Druckbildes auf der zu bedruckenden Kunststoffoberfläche nach Maßgabe des Druckmusters auf. Zusätzlich findet sich eine Digitali siervorrichtung 4, im Ausführungsbeispiel ein Scanner 4, mit dessen Hilfe das Druckmuster abgetastet und das solchermaßen erzeugte Digitaldruckmuster in den an die Digitalisiervorrichtung bzw. den Scanner 4 angeschlossenen Rechner 2 übergeben bzw. übermittelt wird. Selbstverständ lich kann es sich bei der Digitalisiervorrichtung 4 auch um eine Digitalkamera handeln, sofern beispielsweise ein drei dimensionaler Körper unmittelbar in ein Digitaldruckmuster umgewandelt werden soll. Dies ist jedoch nach dem Aus führungsbeispiel nicht vorgesehen, wenngleich eine 3D- Abtastung von Druckvorlagen ebenso wie eine 2D-Abtastung möglich ist.

Bevor die Profilleiste 1 bedruckt wird, durchläuft sie eine vorgeschaltete Plasmaentladungsvorrichtung 5. An dieser Stelle könnte auch eine Korona-Entladungs-, Ätz-, Haft beschichtungs- oder Aufrauhvorrichtung einzeln oder in Kom bination vorgeschaltet sein. Diese Vorrichtungen dienen insgesamt dazu, die zu bedruckende Kunststoffoberfläche zumindest im Bereich des herzustellenden Druckbildes vorzu behandeln. Hierbei kommt es primär darauf an, Haftzentren für anschließend aufzubringende Tintentröpfchen 6 zu bilden. Folglich wird die zu bedruckende Kunststoff oberfläche mittels chemisch/physikalischer Verfahren ent sprechend vorbehandelt, und zwar nach dem Ausführungs beispiel bei vermindertem Luftdruck plasmabehandelt. Vor zugsweise findet eine kontinuierliche Plasmavorbehandlung der betreffenden Kunststoffoberfläche statt. Dabei kann ein Vakuum über jenen Bereich der Kunststoffoberfläche auf gebracht werden, die dann bedruckt wird.

Als anschlagfreier Drucker kommt ein nach dem Blasen strahlprinzip arbeitender Tintenstrahldrucker 3 zum Ein satz, vorzugsweise mit einer Auflösung von ≧ 300 dpi (Dots per Inch). Unter einem anschlagfreien Drucker ist ein solcher zu verstehen, bei welchem keine direkten Anschläge von Zeichen oder Zeichenelementen auf die zu bedruckende Oberfläche erfolgen. Neben dem nach dem Ausführungsbeispiel eingesetzten Tintenstrahldrucker gehören in diese Gruppe sogenannte elektrofotografische Drucker (Laserdrucker) aber auch sog. Thermodrucker. Jedenfalls werden im Rahmen der Erfindung anschlagfreie Drucker eingesetzt, die eine Beschädigung der vorbehandelten Kunststoffoberfläche ver meiden.

Im Gegensatz dazu arbeiten sog. Anschlagdrucker nach dem Prinzip, das man als Hammerprinzip bezeichnen könnte, wobei hierzu Hammer-, Ketten- und Nadeldrucker gehören.

Das im Rahmen der Erfindung eingesetzte Druckprinzip beruht auf dem sogenannten Matrixverfahren, nach dem ein Matrix raster erzeugt wird, in welchem Punkte entweder gesetzt (gedruckt) oder nicht gesetzt (nicht gedruckt) werden. Hierdurch werden die zu druckenden Zeichen, mithin das Druckbild, erzeugt. Die Steuerelektronik des Druckers bzw. Tintenstrahldruckers 3 "setzt" den gewünschten Punkt bzw. die gewünschten Punkte des vorerwähnten Matrixrasters zum richtigen Zeitpunkt. Insgesamt lassen sich praktisch belie bige Formen und Zeichen innerhalb der Matrix frei wählen, so daß selbst komplexe Grafiken mit hervorragender Qualität gedruckt werden können. Tatsächlich gelingt die Umwandlung des Farbraums der Vorlage in den Farbraum des Ausgabe mediums, wobei mittels eines PC die farbgetreue Umwandlung der subtraktiven Farbenlehre in die additive Farbenlehre des PC mit Peripherie erfolgt.

Bei dem Tintenstrahldrucker 3 nach dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um einen solchen, welcher nach dem Blasen strahlprinzip arbeitet, wobei die mittels des Tinten strahldruckers 3 erzeugten Tintentropfen durch Bildung einer Tintendampfblase im Bereich eines elektrothermischen Wandlers 7 ausgestoßen werden. Bei dem elektrothermischen Wandler 7 handelt es sich um einen elektrischen Widerstand 7 in einer Dünnfilm-Metallschicht 9 auf einer Grundplatte 8. Im einfachsten Fall ist die Dünnfilm-Metallschicht 9 zur Bildung des Widerstandes 7 schlicht und einfach "verengt". Wenn ein geeigneter Spannungsimpuls an den elektrischen Widerstand 7 angelegt wird, so überschreitet die Temperatur der Tinte in der Nähe des Widerstandes 7 (Engstelle der Dünnfilm-Metallschicht 9) ihren Siedepunkt und eine Tinten dampfblase 10 wird gebildet (vgl. Fig. 1). Diese sich explosiv ausbreitende Tintendampfblase 10 dient dazu, ein oder mehrere Tintentröpfchen 6 aus einer Drucköffnung 11 auszustoßen. Dieses Prinzip erlaubt eine hohe Druckauf lösung, wobei der Druckvorgang rasch und leise ist und sich besonders für Steuerungen im Zusammenhang mit einem Rechner 2 eignet.

überschüssige Tinte, die die Drucköffnung 11 verläßt, wird durch einen Unterdruck Pu in eine Einlaßöffnung 12 abgezo gen. Zusätzlich ist eine seitliche Abdeckung 13 vorgesehen, um diese Einlaßöffnung 12 zu bilden. Die Tinte als solche wird über einen Tintenversorgungstank 14, welcher unter einem bestimmten erhöhten Druck Pt steht, über eine Zulei tung 15 in einen Druckkanal 16 zugeführt. Nach dem Ausfüh rungsbeispiel weist der Tintenstrahldrucker 3 einen m-spal tigen Matrix-Druckkopf mit jeweils n-Drucköffnungen 11 in einer Zeile zur Erzeugung eines Druckbildes auf Basis einer m × n-Matrix auf (vgl. Fig. 2).

Die Plasmabehandlung in der Plasmaentladungsvorrichtung 5 erfolgt im einzelnen unter Bezugnahme auf Fig. 3 in der Weise, daß zwischen Elektroden 17, 18 eine Glimmentladung innerhalb einer Unterdruckkammer 19 brennt und durch das entstandene Plasma bzw. hochionisierte Gas eine Änderung der Oberflächeneigenschaften eines durchlaufenden Kunst stoffbandes erzeugt wird. Aus dem Kunststoffband werden im Anschluß an die Plasmaentladungsvorrichtung 5 Kunst stoffleisten herausgeschnitten. - Nicht gezeigt ist die Möglichkeit, die Drucköffnung 11 des Tintenstrahldrucker 3 zu kühlen, wenn dies erforderlich sein sollte. Eine solche Kühlung bietet sich für den Fall an, daß die Kunststoff leisten 1 durch die Plasmabehandlung eine für die folgende Bedruckung zu hohe Temperatur aufweisen.

Claims

1. Verfahren zum Bedrucken von Kunststoffwerkstückober flächen, insbesondere Profilleisten (1), wonach

1. ein vorgegebenes Druckmuster in einen Rechner (2) eingelesen wird, und wonach
2. der Rechner (2) nach Maßgabe des Druckmusters einen angeschlossenen anschlagfreien Drucker, insbesondere Tintenstrahldrucker (3), zur Erzeugung eines Druck bildes auf der zu bedruckenden Oberfläche ent sprechend ansteuert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckmuster mittels einer Digitalisiervorrichtung (4), insbesondere Scanner (4), Digitalkamera etc. abgetastet wird, und daß das solchermaßen erzeugte Digitaldruckmuster in den an die Digitalisiervorrichtung (4) angeschlossenen Rechner (2) übermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die zu bedruckende Oberfläche mittels chemisch/physikalischer Verfahren zumindest im Bereich des herzustellenden Druckbildes, z. B. durch Erzeugen einer Korona-Entladung, durch Ätzen, Aufbringen von Haftver mittlern, abrasives Aufrauhen etc. vorbehandelt wird, um eine Haftung der vorzugsweise mittels eines Tinten strahldruckers (3) ausgestoßenen Tintentropfen (6) im Bereich des Druckbildes zu ermöglichen.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bedruckende Oberfläche bei ver mindertem Luftdruck plasmabehandelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als anschlagfreier Drucker ein nach dem Blasenstrahlprinzip arbeitender Tintenstrahldrucker (3) eingesetzt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mittels des Tintenstrahldruckers (3) erzeugten Tintentropfen (6) durch Bildung einer Tinten dampfblase (10) im Bereich eines elektrothermischen Wandlers (7) ausgestoßen werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tintenstrahldrucker (3) einen m- spaltigen Matrix-Druckkopf mit jeweils n-Drucköffnungen (11) in einer Zeile zur Erzeugung eines Druckbildes auf Basis einer m × n-Matrix aufweist.

8. Vorrichtung zum Bedrucken von Kunststoffwerkstückober flächen, insbesondere Profilleisten, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 mit

1. einem Rechner (2) zum Einlesen eines vorgegebenen Druckmusters, und mit
2. einem an den Rechner (2) angeschlossenen, von diesem steuerbaren, anschlagfreien Drucker, insbesondere Tintenstrahldrucker (3), zur Erzeugung eines Druck bildes auf der zu bedruckenden Oberfläche nach Maß gabe des Druckmusters.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich eine Digitalisiervorrichtung (4), insbesondere Scanner (4), Digitalkamera etc. vorgesehen ist, mit deren Hilfe das Digitaldruckmuster abgetastet und das solcher maßen erzeugte Digitaldruckmuster in den an die Digitali siervorrichtung (4) angeschlossenen Rechner (2) übergeben wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Korona-Entladungs-, Plasma-Entladungs- (5), Ätz-, Haftbeschichtungs- oder Aufrauhvorrichtung einzeln oder in Kombination vorgeschaltet ist, um die zu bedruckende Oberfläche zumindest im Bereich des herzu stellenden Druckbildes vorzubehandeln.