DE202004015355U1

DE202004015355U1 - Laser-prozessierbare Blindenschrift

Info

Publication number: DE202004015355U1
Application number: DE200420015355
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-10-04
Filing date: 2004-10-04
Publication date: 2004-12-30
Anticipated expiration: 2014-10-05

Abstract

Braille-Schrift, beruhend auf einem chemischen Lack, bestehend vorzugsweise aus polymeren Verbindungen mit Zusatzstoffen, die bei einer lokalen Erwärmung zu einer deutlichen Volumenzunahme aufgrund einer oder mehrerer chemischen Reaktionen führen.

Description

Zusammenfasung
Beschrieben werden Druckfarben, die auf beliebige Substrate aufgebracht werden und anschliessend bevorzugt mittels eines Markier-Lasers derart oberflächen-modifiziert werden können, dass lokal strukturierte, erhabene Bereiche entstehen. Diese Bereiche können insbesondere für eine individuelle Kennzeichnung von beliebigen Substraten mittels Blindenschrift eingesetzt werden.
Beschreibung
Als Blindenschrift bezeichnet man eine aus erhabenen Punkten gebildete Schrift, die durch Abtasten vom geübten Blinden gelesen werden kann. Allgemein und international eingeführt ist seit über hundert Jahren die vom französischen Blindenlehrer Braille entworfene Braille-Schrift, die auf 6 Punkte reduziert ist, deren Stellung zueinander sich 63-mal verändern lässt. Abgetastet wird sie mit beiden Zeigefingern, manuell vom Blinden geschrieben auf besonders gebauten Tafeln durch Sticheln in steifes Papier oder mit Blindenschreibmaschinen, die nach dem Prinzip eines Nadeldruckers arbeiten.
Brailleschrift dient nicht nur blinden Personen als Leseschrift, wie wird auch zur Erhöhung er Originalität und Fälschungssicherheit eingesetzt, beispielsweise auf manchen Banknoten. Sie dient darüber hinaus auch Menschen mit Sehbehinderung oder Seh-Rest als Orientierungshilfe. Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch die durch das Tastvermögen des Fingers festgelegte Größe eines Braille-Punktes: Die Erhabenheit sollte mindestens 0.2mm, der Durchmesser knapp 1 mm betragen.
Es gibt Bestrebungen, viele Artikel des täglichen Bedarfs zusätzlich zur normalen Beschriftung mit einer Braille-Kennzeichnung zu versehen. So sollen demnächst etwa Medikamenten-Packungen mit einer möglichst individuellen Nummer, einem Verfallsdatum usw. in Brailleschrift gekennzeichnet werden. Die dafür nötige Verformung der Oberfläche, insbesondere eine erhabene Prägung des steifen Papiers, Kartons usw. einer Verpackung ist zeitaufwendig und insbesondere nach der Endverpackung kaum mehr mit vertretbarem Aufwand durchzuführen.
Hier setzt die vorliegende Erfindung an. Sie beschreibt einen aufbringbaren Lack, oder auch Farbbelegung, die auf die Verpackung aufgebracht wird. Dies kann etwa mittels Tampondruck, Siebdruck oder besser auch eine unstrukturierte Aufbringungsart (Sprayen, Dispensen) erfolgen.
Die aufgetragene Farbstoff (Farbe, oder auch farbloser Lack) soll als Beimischung Komponenten enthalten, die bei einer Wärmebehandlung zu einer dauerhaften Volumensteigerung führen. Zur Erstellung einer individuellen Braille-Beschriftung bzw. Nummerierung wird der Farbstoff mit einem Markierlaser, also einem über den Farbstoff schnell ablenkbaren Laser überstrichen. An Stellen, die einen Braille-Punkt ergeben sollen, wird ein Laserpuls abgegeben, der den Farbstoff lokal erwärmt. Durch diese Erwärmung sollen im Farbstoff chemische Reaktionen bewirkt werden, die zu einer lokalen Gasentwicklung und somit zu einem „Aufblähen" des Farbstoffes führen. Beispiele für solche Reaktionen sind dem Fachmann bekannt. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren nutzt die Zerstörung von Mikrokapseln aus, die eine katalytische Substanz freisetzen, die ein chemisches Vorprodukt wie beispielsweise Polyurethan lokal zu irreversiblen, harten Mikroblasen von wenigen mm Durchmesser aufschäumen.
Eine individuelle Markierung ist ein serieller Prozess, und ist daher nur sinnvoll, wenn eine Markierung in einer Geschwindigkeit gelingt, die dem übrigen Prozessablauf angepasst ist. Dies ist bei dem hier vorgeschlagenen Verfahren gegeben, wie folgende Abschätzung zeigt: Für die Erzeugung eines Braille-Punktes soll eine Energie von ## μJ nötig sein. Dies ist insbesondere bei einem wie oben skizzierten katalytischen Verfahren durchaus realistisch. Die Ablenkgeschwindigkeit und Pulslänge heute verfügbarer Laser kann diese Geschwindigkeit ausnutzen, so dass typisch 15.000 Punkte pro Sekunde entsprechend 3.000 Braille-Zeichen pro Sekunde erreichbar sind; dazu addiert sich jedoch die Positionier- und Justierzeit für jedes einzelne zu beschriftende Gut.
Die lokale, irreversible „Aufblähung" des oben erwähnten Lackes durch einen getakteten, gepulsten Markier-Laser ist besonders schnell und flexibel. Eine weitere Möglichkeit besteht in einer lokal ansteuerbaren Erwärmung mittels Verfahren, die aus der Technik der Thermo-Drucker bekannt sind und auf ansteuerbaren, wärmeentwickelnden Widerständen beruhen. Beide Strukturier-Verfahren sind von den Prinzipien der elektronischen Drucktechnik her wohlbekannt.
Der einzusetzende Farbstoff hingegen ist weitgehend noch zu entwickeln. Es kann sich um eine optisch sichtbare Farbe, aber prinzipiell auch um einen farblosen Lack handeln, der eine Design-Freiheit der zu beschriftenden Fläche erlaubt. Im folgenden wird diese Farbe daher als „Lack" bezeichnet.
Der Lack soll thermisch reagieren, genauer bei einer möglichst kurzzeitigen Erwärmung auf typisch 150..200°C seine Dicke von typisch 50..100μm auf 300..500μm erhöhen. Zu diesem Zweck soll der Lack eine chemische Vorstufe eines aufschäumbaren Polymers enthalten. Der Aufschäumprozess beginnt, sobald eine zweite Komponente zu diesem Polymer hinzugefügt wird und den Aufschäumvorgang einleitet. Die thermische Freisetzung dieses Reaktions-Mittels kann entweder rein thermisch durch die Zersetzung einer Chemikalie erfolgen. Beispielsweise setzen Bicarbonate bei Erwärmung Wasserstoff und/oder CO2 frei. Peroxide setzen Sauerstoff oder sogar Ozon frei. Dem Fachmann sind derartige thermisch auslösbare Abspaltungsreaktionen hinlänglich bekannt, sie sind Grundlage vieler „populär als „Schaumstoff" bezeichneter Kunststoffe. Eine weitere Möglichkeit beruht auf dem thermischen Zerstören von Mikrokapseln. Darunter versteht der Fachmann Kapseln aus vorzugsweise organischen Polymeren, in deren hohlem Inneren chemische Substanzen eingeschlossen sind. Dies können beispielsweise Säuren, Basen usw. sein. Der Durchmesser derartiger Kapseln liegt bei einigen (5..50)μm, so dass derartige Mikrokapseln einem druckbaren, dispensierbaren Farbe beigemischt werden können.
Zur Erhöhung der Energieeinkopplung, zumindest im Falle einer Aktivierung mittels Laser, kann der Lack zusätzlich eine speziell auf die Laser-Wellenlänge abgestimmte Absorptions-Substanz enthalten; insbesondere bei einer Markierung mittels eines CO2-Lasers (Wellenlänge 10.6μm) kann die Absorbersubstanz für Infrarot ausgelegt werden, so dass der Lack völlig transparent sein kann. Ähnliches gilt für die Markierung mittels ND-YAG-Laser (infrarot 1,06μm) oder auch den im UV arbeitenden Lasern (insbesondere Frequenzverdreifachten YAG-Lasern).
Üblicherweise haben Laserstrahlen ein Strahlprofil, das „gaussförmig" ist, also einer Glocke gleicht. Diese Strahlform ist besonders günstig, um einen Braille-Punkt zu erzeugen, der dem eines mittels wie üblich kuppelförmigen Stichels entspricht.
Die oben angegebene Reaktionstemperatur von 200°C ist nur ein Anhaltspunkt; sie ist insbesondere beim Strukturieren mittel Pulslaser auch überschreitbar, da für die Schädigung des Substrates (Papier, Plastik) nicht die transiente, während weniger μsec auftretende Temperatur, sondern die auf das Substrat einwirkende mittlere Temperatur maßgebend ist.
Dem Fachmann außerdem geläufig sind Verfahren zum Schutz des unterliegenden Substrates. So ist das Einfügen einer reflektierenden Schicht, etwa einer mittels Heißprägetechnik aufgebrachten dünnen Aluminium-Schicht, das Substrat wirkungsvoll gegen das auftreffende Laserlicht geschützt; und zudem wird durch den aufgrund der Reflexion zweifachen Durchgang des Laserlichtes der Wirkungsgrad erhöht.
Die Strukturierung mittels Laser ist besonders vorteilhaft auch deshalb, weil damit nach den üblichen, dem Fachmann bekannten Verfahren (Bildentzerrung, Bildmaßstab) auch auf schrägen, runden, also nicht besonders planen Substraten gearbeitet werden kann.
Zum Schutz der Braille-Prägung kann außerdem ein homogen über die oberfläche verteilter Schutzlack aufgebracht werden.
Es liegt auf der Hand, dass ein derart „erhaben schnell strukturierbarer Lack" auf für weitere Einsatzzwecke im Deko-Bereich, in der Warensicherung, als Abstandshalter, als Füll-Faktor bis hin zu Plastik-MEMS eingesetzt werden kann. Weitere nicht zu unterschätzende Anwendungen sind Echtheits-Kennzeichnungen, ein derart thermisch modifizierter Lack ist prinzipiell nur einmal beschriftbar; er zeigt jeden weiteren Schreibversuch an, und ist prinzipiell mittels rein abbildender, optischer Verfahren nicht kopierbar.

Claims

Braille-Schrift, beruhend auf einem chemischen Lack, bestehend vorzugsweise aus polymeren Verbindungen mit Zusatzstoffen, die bei einer lokalen Erwärmung zu einer deutlichen Volumenzunahme aufgrund einer oder mehrerer chemischen Reaktionen führen.
Braille-Schrift nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass dieser Lack auf ein Substrat aufgebracht wird, das im wesentlichen aus Papier, Karton, oder auch Verbundmaterialien besteht.
Braille-Schrift nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack eine im optischen Bereich des Spektrums sichtbare Farbe hat und somit im wesentlichen optisch undurchlässig ist.
Braille-Schrift nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack im sichtbaren Teil des Spektrums weitgehend transparent oder opaque ist.
Braille-Schrift nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis 3 und auch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack mindestens eine, im wesentlichen im Lack homogen verteilte, chemische Komponenten enthält, die bei Erwärmung eine Subtanz abgibt, die zu einer das Volumen vergrößernden Aufschäumungsreaktion führt.
Braille-Schrift nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis 3 und auch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack Mikrokapseln mit Durchmessern von typisch 10μm..30 enthält, die bei Erwärmung aufplatzen und eine das Volumen vergrößernde Reaktion auslösen.
Braille-Schrift nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis sinngemäß 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack zusätzlich zu den der chemischen Reaktion dienen den Komponenten Bestandteile enthält, die die spezifische Absorption des verwendeten Beschriftungslasers unterstützen.
Braille-Schrift nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese spezifische Absorption im infraroten Teil des Spektrums erfolgt und somit insbesondere bei im Sichtbaren transparenten Lacken eingesetzt werden kann.
Braille-Schrift nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese spezifische Absorption im ultravioletten Teil des Spektrums erfolgt.
Braille-Schrift nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis sinngemäß 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale, transiente Erwärmung des Lackes mittels eines ablenkbaren und in seiner Leistung modulierten CO2-Lasers entsprechender Energiedichte erfolgt.
Braille-Schrift nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis sinngemäß 8, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale, transiente Erwärmung des Lackes mittels eines ablenkbaren und in seiner Leistung modulierten Nd-YAG-Lasers entsprechender Energiedichte erfolgt.
Braille-Schrift nach den vorangehenden Ansprüchen 1 bis sinngemäß9, dadurch gekennzeichnet, dass die lokale, transiente Erwärmung des Lackes mittels eines ablenkbaren und in seiner Leistung modulierten UV-Lasers entsprechender Energiedichte erfolgt, insbesondere mittels eines Frequenz-vervielfachten YAG-Lasers.
Braille-Schrift nach Anspruch 1 und sinngemäß allen weiteren Ansprüchen bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack mittels eines grob auflösenden Druckverfahrens wie beispielsweise Tampondruck aufgebracht wird.
Braille-Schrift nach Anspruch 1 und sinngemäß allen weiteren Ansprüchen bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack mittels eines Aufsprühverfahrens (Dispensen) aufgebracht wird.
Braille-Schrift nach Anspruch 1 und sinngemäß allen weiteren Ansprüchen bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack bereits bei der Fertigung des Substrates auf dieses aufgebracht wird.
Braille-Schrift nach Anspruch 1 und sinngemäß allen weiteren Ansprüchen bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Lack nachträglich auf die bereits weitgehend fertiggestellte Verpackung aufgebracht wird.
Braille-Schrift nach allen vorhergehenden Ansprüchen außer 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen Substrat und Lack eine die Reflexion des Laserlichtes erhöhende Reflexionsschicht befindet.
Braille-Schrift sinngemäß nach allen vorangehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass ergänzend oder alternativ zur Brailleschrift auch andere ertastbare Zeichen, insbesondere Symbole aller Art, mittels der beschriebenen Verfahren erzeugt werden.