WO2020225210A2 - Verfahren zum herstellen einer struktur auf einer oberfläche - Google Patents

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    • B29C59/02—Surface shaping of articles, e.g. embossing; Apparatus therefor by mechanical means, e.g. pressing
    • B29C2059/027—Grinding; Polishing

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a structure on a surface of a flat workpiece and to a device for carrying out the method.
  • a decoratively coated wood-based panel is state of the art and is used in a wide variety of applications, e.g. for making furniture, from
  • MDF medium density fibreboard
  • HDF high density
  • Fiberboard as well as cement fiberboard and cement-bonded chipboard, e.g. in thicknesses of approx. 3 to 50 mm can be used for various applications.
  • decorative coating e.g. a wood replica or a
  • Tile replication for stone-like laminate flooring also preserving a structure in the surface.
  • this is e.g. manufactured in a melamine coating process using an embossing die.
  • embossing die For example, a with a
  • the result is a 12 mm thick chipboard, which is coated with a beech look.
  • On the surface with the beech imitation optics result then through the embossing plate structures with a depth of usually 20 gm up to 150 gm or 200 gm.
  • synchronous pores are used, in which the embossing plate has a structure that is used synchronously with the printed wood look.
  • a printed knothole is actually perceptibly deeper than the rest of the printed wood look standing next to it.
  • DE 10 2009 044 802 A1 discloses a structuring method in which a surface structure is built up by means of paint droplets that are released onto the surface of a workpiece.
  • a structure is created by an envelope curve that is given by the surface of the entire droplet.
  • the workpiece is first coated with a liquid base layer.
  • a structure is introduced into the base layer by means of droplets that are sprayed onto the base layer, for example with an inkjet printer, in that the droplets displace the base layer when they strike it.
  • the base layer is applied fixed with a suitable method so that the structure therein is also fixed. The workpiece is thus provided with a structure.
  • Another method for producing a decorative surface is known from DE 10 2017 113 035 A1.
  • the surface created in this way is designed with different degrees of gloss.
  • a second lacquer layer is applied here to a first lacquer layer with which a surface of a workpiece has been coated, the second lacquer layer being applied in droplet form and differing in its degree of gloss from the first lacquer layer after curing.
  • a special embodiment of the method disclosed here also includes steps in which the surface is structured.
  • edges of the digitally introduced structure, or the introduced depressions are rather rounded and not, as desired, very sharp-edged. Especially when recreating a natural one
  • Wood structure or wood pore optics are very sharp-edged pores desired, in which the measured depth difference between the highest and the deepest point in the surface, i.e. in a direction perpendicular to the surface of the workpiece, takes place over a very short spatial extent, i.e. parallel to the surface of the workpiece.
  • this depth difference of 100 ⁇ m occurs over a spatial extent of 40 to 60 ⁇ m, for example, while in the case of a sharp-edged pore this depth difference should be reached within a spatial extent of more than 10 to 20 ⁇ m.
  • the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems and, in particular, to create a possibility of introducing sharper structures in comparison with known methods.
  • the sprayed-on droplets remain in the liquid base layer like a kind of “placeholder” until the liquid base layer has hardened, and after hardening has taken place, they are removed again using different methods. This prevents a structure created by the sprayed-on droplets from "flowing" again before the liquid base layer hardens or the sharp edges of the pore from decreasing due to the flowing of the base layer before hardening.
  • a method for producing a structure on a surface of a workpiece is provided with the following steps:
  • the at least one droplet penetrating the liquid base layer at least partially, preferably completely;
  • a method for producing a structure on a surface of a workpiece with the following steps is also provided according to the invention:
  • Both methods can preferably also be carried out in combination, so that according to the invention a method with the following steps is also provided:
  • Base layer penetrates at least partially, preferably completely;
  • the base layer is preferably based on a digital template, which is preferably matched to a decorative image.
  • the decorative image is preferably located on the workpiece, being covered by the liquid base layer and / or the droplets.
  • the base layer and / or the droplets are then preferably designed such that they are at least partially transparent when they have been fixed so that the decorative image is visible. In this way it is achieved that an arrangement of decorative image and structure that is as synchronous as possible is achieved. For example, a structure of a knothole can be adapted very well to an image of a knothole.
  • a decorative image can also be arranged on the fixed base layer.
  • the at least one droplet preferably solidifies on contact with the workpiece and / or the base layer or it preferably takes a solid one
  • the at least one droplet can also be fixed in a separate step or together with the base layer.
  • the fixing of the base layer or the droplets can preferably be equated with their hardening.
  • the base layer and / or the at least one droplet preferably also have a curable material which, particularly preferably, can be cured or fixed by UV radiation and / or by drying.
  • the base layer and the at least one droplet are made of different materials, to the effect that the base layer in one
  • Curing process cures stronger than the at least one droplet.
  • At least one depression By spraying the at least one droplet into the previously applied, liquid base layer, at least one depression is preferably made, the at least one depression preferably being completely filled by the at least one droplet.
  • the geometry of the at least one depression can be influenced by varying the momentum or the speed of the at least one droplet and / or by varying the delivery volume or the mass of the at least one droplet.
  • the at least one droplet is sprayed onto the surface of the workpiece before the application of the base layer, a depression is formed in the base layer in that the at least one droplet occupies a space
  • the structure in the base layer is preferably through the at least one
  • Wood or tile decors or other decorative structures can be formed, for example, by arranging several depressions or also by connecting several depressions.
  • the layer thickness of the base layer preferably changes at the point at which the at least one droplet was sprayed on.
  • a plurality of droplets are preferably placed one above the other at the same spatial location in the liquid base layer and / or on the workpiece, so that a composite droplet is produced before the base layer is applied and / or before it is fixed.
  • a further processing step preferably takes place before the at least one droplet is sprayed on, in which the base layer is solidified to the extent that the base layer has a higher viscosity than when it was applied to the workpiece, but has not yet solidified.
  • This can be done, for example, by drying or cooling the base layer by means of a flow source such as a fan.
  • heat can also be extracted from the base layer by exposing it to a reduced ambient temperature. It can thus advantageously be achieved that on the one hand the temperature of the base layer is reduced so that the at least one droplet hits a relatively cold base layer.
  • a depression that has been made in the base layer by the at least one droplet is more stable until it is fixed than in the case of a base layer with a lower viscosity.
  • the spraying or application of the at least one droplet onto the liquid base layer is preferably carried out by means of digital printing or inkjet printing technology.
  • a digital print head or a digital nozzle bar is preferably used for this purpose.
  • the at least one droplet is preferably sprayed on at a temperature of> 40 ° C, preferably> 60 ° C, particularly preferably> 90 ° C, with the liquid base layer and / or the workpiece having a temperature of ⁇ 40 ° C, preferably ⁇ 35 ° C, particularly preferably ⁇ 30 ° C.
  • the lowest possible temperature of the base layer and / or workpiece preferably accelerates the cooling, particularly preferably the solidification, of the at least one droplet.
  • the solidification of the at least one droplet preferably takes place on contact with the base layer and / or with the workpiece within less than 8 seconds, preferably within less than 3 seconds, particularly preferably within less than 0.5 seconds.
  • the melting point of the at least one droplet is preferably above the temperature of the liquid base layer with which it comes into contact. In this way the at least one droplet is not due to the
  • the at least one droplet is preferably at least partially removed by means of mechanical and / or chemical and / or physical methods, with material of the base layer also optionally being removed.
  • the at least one droplet is preferably liquefied again or at least partially liquefied by means of a solvent after the base layer has been fixed. It can then be removed from the base layer, particularly preferably by suction.
  • Mechanical methods can be understood to mean erosive methods. For example, this can be understood to mean the use of a grinding or planing method, whereby the material of the base layer and / or of the at least one droplet is removed.
  • it can also be understood to mean methods that use a medium to remove the material.
  • Sandblasting to be treated. When removed by abrasives
  • a continuously operating sanding machine as is typically used for sanding lacquer on coated chipboard for the furniture sector.
  • Manufacturers of such lacquer sanding machines are e.g. the companies Heesemann (Bad
  • the base layer is preferably removed to a certain depth so that the at least one droplet, if it has solidified, is then exposed and preferably protrudes from the base layer.
  • the at least one droplet can easily be removed by the action of physical or mechanical force, for example by suction or brushing.
  • the at least one depression formed by the at least one droplet has a sharply sloping edge, whereby the initially required sharpness of the structure is achieved can be.
  • the at least one solidified droplet is preferably at least partially liquefied by reheating before and / or during the at least partial removal, and is thus removed from or from the base layer.
  • the removal takes place preferably by means of physical methods, such as suction, evaporation or also by taking up or sucking up the at least one liquid
  • Droplet with a different material If the at least one droplet is not solidified or fixed in the base layer, but is in liquid form, then it can that at least one droplet is removed in the same way. There is only no need to liquefy the at least one droplet again beforehand.
  • Removal of the at least one droplet can also include chemical methods or be carried out by means of a chemical method.
  • part of the base layer and / or of the at least one droplet can be by means of
  • Chemicals are liquefied and then removed in liquid form.
  • particularly suitable material mixtures preferably with a high proportion of more than 30% isophoronediamine, there is good water solubility, so that the droplets can be washed out of the fixed base layer again using water.
  • the at least one droplet preferably consists of a material
  • the at least one droplet can in a special embodiment contain water or consist purely of water.
  • the liquid base layer preferably surrounds the at least one droplet as soon as it is on or in the base layer or as soon as the base layer is applied to the surface of the workpiece with droplets already sprayed on, such that an opening remains in the base layer which has a smaller area has, as a perpendicular projection of the at least one droplet vertically upwards.
  • the liquid base layer completely encloses the at least one droplet. The at least one droplet is thus included in the base layer. If the at least one droplet is sprayed onto the liquid base layer, the at least one droplet is surrounded or enclosed by the liquid base layer subsequently flowing around it.
  • the spraying of several droplets onto the liquid base layer can preferably do so take place that depending on the delivery parameters of the droplets, such as
  • Droplet velocity, droplet volume, etc. some penetrate into the base layer and become enclosed by it, with others being partly or not enclosed.
  • the at least one droplet is preferably at least partially removed by first mechanical removal, preferably from 1 to 50 ⁇ m, preferably 5 to 10 ⁇ m, of the hardened base layer, particularly preferably by means of a grinding device, optionally followed by mechanical brushing out of the at least one droplet thus exposed .
  • the at least one droplet is at least partially removed by thermal heating and suction of the at least one then re-liquefied droplet.
  • the base layer is preferably fixed in such a way that, after fixing the
  • Base layer the surface of the fixed base layer due to the at least one droplet remaining in the base layer no larger unevenness than max. Has 20 pm.
  • the base layer is preferably fixed in such a way that an area containing the
  • the degree of hardness can preferably be determined with a "Hamberger plane”. A tip is pressed onto a workpiece with a force of 0.5 to 5 N and a scratch test is then carried out. The result is then visually assessed. The degrees of hardness can go through
  • Droplets are influenced, so that, for example, different degrees of hardness are achieved during the polymerization of these materials.
  • the at least one droplet preferably has after curing or
  • Fixation in the base layer has a different degree of gloss than the hardened one Base layer on.
  • the at least one droplet is to remain at least partially in the base layer and thus an introduced depression is to be provided with a different degree of gloss than the surrounding base layer.
  • the at least one droplet could only be liquefied to a certain depth, which is less than the entire depth of the depression, and then sucked off. The non-liquefied part of the at least one droplet would remain in the depression in the base layer and here would provide the bottom of the depression with a different degree of gloss.
  • the gloss level of the at least one droplet preferably deviates by at least 10 gloss units, preferably at least 20 gloss units, from the gloss level of the fixed base layer, the gloss units being measured according to DIN EN ISO 2813: 2015 02 at an angle of 60 °. This makes a visually clearly perceptible gloss effect recognizable.
  • the setting of the degree of gloss can be varied during printing through the droplet size and / or the number of droplets per area or through the use of matting agents.
  • the gloss measurement is carried out in accordance with DIN EN ISO 2813: 2015 02.
  • the amount of light that a surface reflects in relation to a reference standard made of polished glass is measured.
  • the unit of measurement used is GU (Gloss Units).
  • the amount of light reflected on the surface depends on the angle of incidence and the properties of the surface.
  • Gloss measurement different angles of incidence (20 °, 60 ° and 85 °) can be used to determine the degree of reflection, preferably measuring with the angle of incidence of 60 °. Alternatively, the mean value of measurements for the three angles of incidence can also be used. The degree of reflection compares the light energy emitted and received by a gloss meter in percent at a certain angle of incidence.
  • the at least one solidified or hardened droplet is preferably more elastic or softer compared to the hardened or fixed base layer. This has the advantage that the at least one droplet is lighter, for example when a force is applied can be deformed, whereby a removal of the at least one droplet from the base layer is facilitated.
  • the at least one droplet preferably experiences a reduction in volume, preferably while it is solidified or fixed. In this way it can be achieved that the at least one droplet is located in the fixed base layer with play, so that it can be removed therefrom more easily.
  • a change in volume can be triggered, for example, by UV radiation that hits the at least one droplet.
  • Another possibility would be to design the at least one droplet in such a way that the reduction in volume due to
  • an application unit which is designed to apply a liquid base layer to a surface of the workpiece
  • a dispensing unit which is designed to spray at least one droplet into the not yet solidified base layer
  • a fixing unit which is designed to fix the liquid base layer
  • a processing unit which is designed to at least partially remove the at least one droplet
  • control unit which is designed to control the device in accordance with the method described above.
  • the delivery unit is preferably equipped with one or more rows of print heads over the entire width of the workpiece.
  • the device preferably has a transport unit which is designed to feed the workpiece to the application unit, the dispensing unit, the fixing unit and the processing unit, the transport unit preferably having a conveyor belt.
  • the application unit preferably has an applicator roller, a digital print head and / or a digital nozzle bar, with which the liquid
  • Base layer can be applied to the workpiece.
  • the delivery unit preferably has a digital print head and / or a
  • Digital nozzle bar with which the spraying of the at least one droplet can take place in the base layer.
  • the fixing unit preferably has a UV light source, a heat source and / or a flow source, with which the fixing or curing of the
  • Base layer can be done. In addition, it can also harden the
  • a heat source can preferably have an infrared radiator or a fleece, the heat source
  • a flow source can preferably have a fan which is designed to flow through the base layer and / or the at least one droplet with a medium, preferably air.
  • the flow source is preferably designed for drying the base layer and / or the at least one droplet.
  • the processing unit comprises a brush, a suction device, a removal device, e.g. a grinding or planing device or a sandblasting device, a device for dispensing a substance onto the base layer and / or the droplets that are used to chemically react with the
  • the surface of the base layer can preferably be changed in such a way that the at least one droplet is exposed, for example by removing material. Pure reworking of the base layer and / or the at least one droplet from a decorative point of view is also possible.
  • Fig. 1 shows a workpiece with a liquid base layer in which liquid
  • 3a shows a workpiece with a liquid base layer in which liquid
  • Droplets have been sprayed on, the liquid base layer at least partially enclosing the droplets
  • FIG. 3b shows the same workpiece as in FIG. 3a after a further one
  • FIG. 6 shows the spraying of droplets onto a workpiece before the liquid base layer is applied, as well as a possibility of applying a liquid base layer to a workpiece.
  • FIG. 1 shows a workpiece 1 with a liquid base layer 2 onto which liquid droplets 3 have been sprayed. These droplets 3 have displaced the liquid base layer 2 locally, as a result of which depressions have been created in the base layer 2.
  • the droplets 3 partially fill the wells created by the spraying, for example 50% of the fleas or the volume of the well, or 100% of the fleas or the volume of the well, so that after spraying the droplets 3, and before the Curing of the liquid base layer 2 an im
  • FIG. 2 shows in the view I on the left a workpiece 1 according to FIG. 1 with the sprayed-on droplets 3 and with already hardened liquid base layer 2.
  • This workpiece 1 is transported to a heat source 402 in the form of an infrared lamp, which in view II above the workpiece 1 is shown.
  • a heat source 402 in the form of an infrared lamp, which in view II above the workpiece 1 is shown.
  • the surface of the workpiece 1, in particular the base layer 2 and the droplets 3 is heated again by the infrared radiation.
  • the droplets 3 are liquefied again, with the meanwhile hardened base layer 2 remaining solid.
  • the workpiece 1 with the liquid droplets 3 is then transported to a suction device 403 shown on the right in view III, on which the droplets 3 that have become liquid again are suctioned off.
  • the droplets 3 can be removed completely or only partially from the base layer 2. In the case of partial removal, care must be taken not to liquefy the entire droplet 3.
  • Such an arrangement of heat source 402 and suction device 403 can, for example, in a device for carrying out the inventive
  • FIG. 3a shows a workpiece 1 with a liquid base layer 2 into which liquid droplets 3 have been sprayed.
  • the liquid base layer 2 above the droplets 3 has at least partially closed again before the fixation. While the two droplets 3 are completely enclosed by the base layer 2 on the right, no complete closure of the surface of the base layer 2 can be seen above the left droplet 3.
  • an opening has remained above the droplet 3, the area of which is perpendicular to the top but is smaller than a projection area of the droplet 3 perpendicular to the top.
  • FIG. 3b shows the workpiece 1 from FIG. 3a after a mechanical processing that follows the fixing of the base layer 2 and was carried out, for example, with a grinding machine. This processing resulted in a certain amount of material removed from the base layer 2, so that the
  • the exposure of the droplets 3 can take place in such a way that only so much material is removed from the base layer 2 that the droplets 3 are visible, but have not been exposed over their entire cross-sectional area. This result is shown in Fig. 3b. It can be clearly seen here that the depressions in the base layer 2 form flint cuts which are filled by the droplets 3. If the droplets 3 are then removed from the base layer 2, for example as in Fig.
  • the undercut remains in the base layer 2, which can achieve a decorative effect.
  • Fig. 4 shows an inventive device for performing the
  • the device is designed as a production line, the individual units 100,
  • the device can also have the units 410 and 420.
  • the device also has a transport unit 500 which is designed to transport a workpiece 1 to the individual units 100, 200, 300, 400, 450.
  • the device has a control unit 600 which is designed to control the individual units 100, 200, 300, 400, 450, 500 for performing the to control corresponding method steps, or to cause the implementation of the method according to the invention in the device.
  • a control unit 600 which is designed to control the individual units 100, 200, 300, 400, 450, 500 for performing the to control corresponding method steps, or to cause the implementation of the method according to the invention in the device.
  • the transport unit 500 has a transport belt that extends from left to right and is designed to transport workpieces 1 from left to right in the transport direction to the individual units 100, 200, 300, 400, 450.
  • an application unit 100 is initially shown which is designed to apply the base layer 2 in liquid form to the workpiece 1
  • the application unit 101 has a rotating application roller 101 with which the base layer 2 is applied to the surface of the workpiece 1 facing upward in the drawing, as well as a counter-pressure roller 102.
  • the application roller 101 rolls on the surface of the workpiece 1 from.
  • the application unit 100 can alternatively or additionally also have other elements which are designed for applying the base layer 2.
  • digital printing units such as a digital print head or a digital nozzle bar can be used for this
  • Application unit 100 can also be designed as a casting machine in which the
  • Workpiece 1 is moved through a curtain of paint.
  • parameters of the base layer in particular the amount of material or the layer thickness or the temperature of the base layer 2 when it is applied to the workpiece 1, can be influenced by the application unit 100.
  • the application unit 100 is followed by a delivery unit 200 which is designed to deliver the droplets 3 into the not yet solidified base layer 2.
  • the dispensing unit 200 has one or more digital print heads or heads 201 and / or one or more digital nozzle bars with several, possibly arranged one behind the other in the transport direction, for the purpose of dispensing the droplets 3 over the width of the workpiece extending digital print heads that the
  • Droplets 3 can release or spray onto the base layer 2.
  • the dispensing unit 200 is designed in such a way that the droplets 3 penetrate the not yet solidified base layer 2 in such a way that they displace the base layer 2 and therein
  • the dispensing unit 200 (or digital printing station) can furthermore be designed such that the droplets 3 penetrate the not yet solidified base layer 2 in such a way that they are at least partially enclosed by the base layer 2.
  • parameters of the droplets 3, in particular the droplet volume or the droplet mass or the delivery or impact speed on the base layer 2, can be influenced by the delivery unit 200.
  • the droplet volumes can preferably be controlled within a range from 3 to 200 pL (picoliters), the impact speed is preferably in the range from 2 to 10 m / s, particularly preferably in the range from 3 to 5 m / s.
  • the delivery unit 200 is followed by a fixing unit 300, which is designed to fix the base layer 2.
  • the fixation unit 300 has at least one UV light source 301, e.g. an LED UV emitter.
  • the at least one UV light source 301 emits UV light onto the base layer 2 and triggers curing or polymerisation processes therein, as a result of which the base layer 2, which was at least not yet solidified before the irradiation with UV light, now solidifies and hardens or fixes it.
  • the heat source e.g. an infrared light source or a fleece is designed to give off heat to the workpiece 1, the base layer 2 and / or the droplets 3.
  • the flow source e.g. a fan is designed to blow air or another gas or medium for drying over the
  • the parameters with which the base layer 2 or the droplets 3 are to flow in order to achieve drying or also a fixation by drying the base layer 2 and / or the droplets 3.
  • the parameters with which the base layer 2 or the droplets 3 are to flow in order to achieve drying or also a fixation by drying the base layer 2 and / or the droplets 3.
  • Fixing unit 300 is operated, in particular the energy or wavelength of the emitted UV radiation of the at least one UV light source 301, the
  • Flow velocity or the temperature of the flowing medium of the flow source can be influenced by the fixing unit 300.
  • the wavelength of the UV radiation is usually in the UV-A and possibly in the UV-B range, i.e. 280 nm to 400 nm.
  • the output of the UV lamps for a production speed of 20 m / min. is around 2x to 5x 200 W / cm working width, i.e. With a workpiece width of 135 cm, the required output of the UV lamps is around 50 to 125 kW.
  • the fixing unit 300 is designed to also fix the droplets 3 in addition to the base layer 2.
  • the fixing unit 300 is followed in the transport direction by a processing unit which is designed to post-process the workpiece 1 with the fixed base layer 2 and the droplets 3 located thereon.
  • a post-processing step is the at least partial removal of the
  • the unit 400 is designed as a nozzle channel with a hot air blower around which the solidified
  • a processing unit can also use the
  • Units 410, 420 have. These can also be provided in addition to the units 400, 450.
  • the unit 410 is here as a grinding device
  • the unit 410 has a circumferential
  • Abrasive belt 411 which is in the same direction or in the opposite direction to that on the Transport device 500 guided workpiece 1 runs. In this way, material can be removed from the base layer 2, the droplets 3 in the
  • Base layer 2 can be at least partially exposed.
  • the unit 420 has a brush 421, which is designed here as a rotating brush roller.
  • the brush 421 is designed such that it can remove the droplets 3 from the fixed or solidified base layer 2 by means of the mechanical interaction of bristles with the droplets 3.
  • the droplets 3 are preferably solidified in the base layer 2 so that the bristles of the brush 401 can attack the droplets 3 well.
  • the suction device 403 of the unit 450 can, however, also be designed to suck the droplets 3 in solid form from the base layer 2. This presupposes that the droplets 3 are designed in such a way that they do not occur during solidification
  • the unit 410 can also have such a grinding device which is designed to remove at least part of the solidified base layer 2 by grinding.
  • the base layer 2 is preferably removed in layers, so that material is removed from the base layer 2 by grinding from above.
  • the grinding device can also be designed to remove material from the droplets 3 in addition to the solidified base layer 2.
  • the grinding device is preferably designed to at least partially expose the droplets 3, provided they were previously at least partially enclosed by the base layer 2.
  • the exposed droplets can then be completely or partially removed by means of a unit 420 by means of the rotating brush 421.
  • the processing unit also has a dispensing device which is designed to dispense a substance onto the fixed base layer 2 and / or onto the droplets 3, the substance being designed to be used with the Base layer 2 and / or to enter into a chemical reaction with the droplets 3.
  • the substance can also be a solvent in order to bring the droplets 3 into solution and then suck them off with a unit 450. In this way, the base layer 2 and / or the droplets 3 can be at least partially removed.
  • an optical and / or haptic change in the basic size 2 and / or the droplets 3 can also be achieved.
  • the processing unit is designed to influence the amount of material that is removed from the base layer 2 and / or from the droplets 3.
  • the control unit 600 has, for example, a control means, as here
  • an electronic control device on which there is program code which, when it is executed, controls the control unit 600 to carry out the
  • the device can also be designed in such a way that the application unit 100 is arranged only after the dispensing unit 200. In this way, droplets 3 can be applied to workpiece 1, followed by application of the liquid base layer 2
  • dispensing unit 200 application unit 100 and a further dispensing unit 200 in the transport direction in order to enable droplets 3 to be applied to both the workpiece 1 and the base layer 2.
  • the processing unit can have all of the above-mentioned units 400, 410, 420, 450 in the transport direction in any order or only a selection of these units 400, 410, 420, 450, whereby a repetition of units 400, 410, 420, 450 in the transport direction is also conceivable is.
  • FIG. 5 shows a workpiece 1 for an embodiment in which several droplets 3 have been released at the same spatial location and remain one above the other in the liquid base layer 2 (left and right arrangement of the droplets 3).
  • the droplets 3 have been stacked on top of one another, so that a significantly deeper depression or a significantly deeper structure is created in the base layer 2.
  • the depression also extends to the surface of the workpiece 1.
  • FIG. 6 shows a spraying of droplets 3 onto a workpiece 1 before a liquid base layer is applied. Below that is first of all
  • the bottom diagram shows one possibility of a liquid
  • Base layer 2 to be applied to a workpiece 1 by means of a casting machine 103.
  • the workpiece 1 is fed to a digital print head 201 which emits droplets 3 onto the surface of the workpiece 1. As shown, these can also form larger droplets or more complex shapes
  • the middle illustration shows an application of a liquid base layer 2 to this workpiece 1.
  • Workpiece 1 are located, correspondingly flowed around by the liquid base layer 2.
  • the liquid base layer is applied by means of an application roller 101 to the
  • the application roller corresponds with a
  • Workpiece 1 unrolls, workpiece 1 moving from left to right under application roller 101.
  • liquid base layer 2 is by means of a
  • Casting machine 103 applied, the casting machine 103 producing a curtain from the material of the liquid base layer 2, under which the workpiece 1 is then moved from left to right.
  • Embodiment 1 is further described using five specific exemplary embodiments.
  • a workpiece 1 in the form of a chipboard with a thickness of 12 mm is fed to a painting station.
  • the chipboard is given a white base coat at least on the surface. This base coat is cured using a UV module.
  • the chipboard primed in this way, is then digitally printed with a wood decor, e.g. Oak or pine decor digitally printed.
  • a wood decor e.g. Oak or pine decor digitally printed.
  • the workpiece 1 printed in this way is then fed to a further painting station at which the liquid base layer 2 is applied to the workpiece 1 in the form of a UV-curing acrylate lacquer according to the prior art.
  • a value of more than 30 g / m 2 with a layer thickness of more than 30 ⁇ m, particularly preferably more than 120 ⁇ m in layer thickness, is selected as the amount applied.
  • the workpiece 1 is then fed to a digital printing station, which
  • the ink from Sunjet with the brand name Sunjet Crystal HEP9520 is chosen, for example.
  • a large number of droplets 3 of the ink are then released onto the workpiece 1 with the liquid base layer 2 according to a digital printing template, whereby depressions of 30 to 120 ⁇ m are made in the still liquid base layer 2.
  • the droplets 3 are applied at a temperature of more than 80 ° C. and solidify when they strike the liquid base layer, which has a temperature of 20 to 30 ° C.
  • the workpiece 1 is then fed to a UV curing process, in which three UV lamps with a power of 200 W / cm 2 each cure the base layer 2.
  • the workpiece 1 with the cured base layer 2 is then heated in an IR station with infrared radiation to a surface temperature of more than 100 ° C. so that the droplets 3 become liquid again.
  • These liquid droplets 3 are then removed from the base layer 2 in a suction station.
  • the droplets 3 are removed by mechanical means, such as a rotating brush.
  • Embodiment 2 is a diagrammatic representation of Embodiment 1:
  • a workpiece 1 in the form of a plastic plate made of a PVC mixture with a thickness of 5 mm and a surface that has been decoratively printed in advance becomes a
  • liquid base layer 2 made of a UV-curing acrylate material according to the prior art is applied, specifically with a layer thickness of 40 to 300 ⁇ m, preferably 90 to 120 ⁇ m.
  • the workpiece 1 coated in this way is then transported to a digital printing station, where the liquid base layer 2 is structured in the form of droplets 3 according to a digital template by means of ink dispensed thereon.
  • the released droplets 3 penetrate into the liquid base layer 2 with a volume between 6 pL and 400 pL in such a way that the base layer 2 closes again after the droplets 3 have penetrated them.
  • the droplets 3 are made of a material which is essential
  • the basis also consists of acrylates.
  • the droplets 3 do not contain any means for stimulating UV curing, as is the case with the material of the liquid base layer 2.
  • the liquid base layer 2 is therefore cured by means of UV LED lamps, while the enclosed droplets 3 remain liquid.
  • the surface of the cured base layer 2 is increased by means of a mechanical process using a grinding machine
  • the still liquid droplets 3 are just exposed underneath.
  • the still liquid droplets 3 are brushed out with a brush.
  • the still liquid droplets 3 are removed by applying a solvent and then sucking off the solvent.
  • Embodiment 3 is a diagrammatic representation of Embodiment 3
  • a workpiece 1 in the form of a plastic plate made of a filled PP mixture (e.g. polypropylene with chalk) with a thickness of 4.2 mm, a length of 2,800 mm, a width of 1,350 mm and a plain-colored painted surface is fed to a coating station. Further layers of lacquer and / or primer can be applied on and under the plain-colored surface.
  • a filled PP mixture e.g. polypropylene with chalk
  • Further layers of lacquer and / or primer can be applied on and under the plain-colored surface.
  • a liquid base layer 2 made of a UV-curing acrylate material according to the prior art is applied with a layer thickness of 100 to 150 ⁇ m. After the fixation by means of UV radiation described below, this material has a melting point of> 300 ° C. The viscosity of this layer is approx. 11 mPas at a temperature of 85 ° C.
  • the workpiece 1 coated in this way is then transported to a digital printing station, where the liquid base layer 2 is structured in the form of droplets 3 according to a digital template by means of ink dispensed thereon.
  • the droplets consist of 20-40% isophoronediamine, and they have one Melting point of 88 ° C. They are held in the printing station at a temperature of 95 ° C. and are delivered at this temperature from digital print heads onto the liquid base layer 2. The distance of the printheads to the liquid
  • Base layer 2 is 1 mm to 10 mm, preferably 1.5 mm to 3 mm.
  • the speed of the droplets 3 before penetration into the liquid base layer 2 is 3 to 10 m / s, preferably 4 to 5 m / s.
  • the dispensed droplets 3 have a volume between 6 pL and 400 pL, preferably 10 to 30 pL.
  • the digital print heads in the printing station are designed in such a way that they can deliver several droplets 3 on top of one another from one print head at one spatial location.
  • the digital printing station is designed so that the print heads extend in one or more rows over the entire transport width.
  • print heads from Xaar (Type Xaar 1003) are used, which have an effective printing width of 68 mm. Therefore 20 print heads are used per row in order to achieve a minimum print width of more than the workpiece width of 1,350 mm.
  • three rows with 20 Xaar 1003 print heads each are used one behind the other in the direction of passage. This allows the
  • Printing station at a feed speed of the workpiece 1 of 25 m / min at the same spatial location from the three rows of print heads, each dropping one droplet per location, which penetrate into the liquid base layer as described above, cure on top of each other and achieve a total height of 3xD (diameter per droplet).
  • the workpiece 1 is driven at the above-mentioned speed of 25 m / min. transported through the printing station (see FIG. 4).
  • at least one droplet 3 is released into the liquid base layer 2 at one spatial location - or, as alternatively shown above, a number n of droplets 3 on top of one another at one spatial location. Due to the continuous feed speed and the continuously working print heads over the entire width of the workpiece, a “structure image” created on the basis of a digital template can be generated on the workpiece 1.
  • the liquid base layer 2 is therefore cured by means of UV LED lamps, while the droplets 3 have already solidified beforehand.
  • the solidified droplets 3 are brushed out with a brush.
  • the solidified droplets 3 are liquefied again in a hot air duct with a nozzle temperature of 125 ° C. and then sucked off.
  • the solidified droplets 3 are loosened again by the application of a solvent and removed by a subsequent suction of the solvent.
  • Embodiment are the droplets 3 made of a water-soluble material, so that essentially water is used as the solvent.
  • Embodiment 4 :
  • composition of the droplets 3 can be selected as follows:
  • the droplets 3 are removed by mechanical means, or alternatively they are liquefied again by heating in a hot air oven and then removed from the base layer 2 by mechanical means and / or suction.
  • Embodiment 5 is a diagrammatic representation of Embodiment 5:
  • the droplets 3 are applied before the liquid base layer 2 is applied.
  • a workpiece 1 in the form of an HDF board with a density of 850 kg / m 3 in the dimensions 8 mm thick, 2450 mm long and 1550 mm wide is fed to a digital printing station.
  • the HDF board is prepared beforehand with one or more painting or priming steps, and then digitally printed with a decorative image of a wood replica (for example beech parquet three-strip).
  • a wood replica for example beech parquet three-strip.
  • an intermediate lacquer layer can also be applied after this printing.
  • a large number of droplets 3 with a volume between 12 pL and 40 pL are printed onto the previously decoratively printed surface, specifically according to a digital template. Between at least 100 and up to 10,000 droplets per cm 2 of surface are applied. These droplets 3 consist of one Paraffin mixture, which is printed on at a temperature of 80 degrees Celsius, and solidifies on contact with the surface within less than three seconds, preferably less than one second.
  • the droplets 3 are applied according to a digital template, which was created from the digital image of the previously printed decorative surface by means of digital processing methods.
  • the droplets 3 are printed, for example, exactly where the decorative image of the beech parquet has a knothole, so that the structures later generated using the method according to the invention are synchronous with the decorative image below.
  • a plurality of droplets 3 can also be arranged one above the other at one spatial location so that the entire
  • a large number of these “towers” of superimposed droplets 3 are applied next to one another, longitudinally or transversely to the feed direction, so that a structure of a large number of chain of droplets and individual droplet collections results on the workpiece 1.
  • the height of the individual “towers” can be different, both by varying the number of droplets 3 on top of one another and by varying the
  • a liquid base layer 2 made of a UV-curing acrylate material according to the prior art is applied, specifically with a layer thickness of 120 ⁇ m.
  • the liquid base layer 2 is made with the help of a casting machine
  • the layer thickness can be determined by the viscosity of the material of the liquid base layer (here UV-curing acrylate lacquer according to the prior art technology), can be influenced and controlled by the speed of the scoop roller of the casting machine and by the feed speed of the workpiece 1 (here HDF board).
  • the liquid base layer 2 is cured by means of UV LED lamps.
  • the droplets 3 are removed by mechanical means or, alternatively, by heating in the
  • the still liquid droplets 3 are removed by applying a solvent and then sucking off the solvent.
  • the material of the droplets 3 is chosen such that it begins to shrink when exposed to UV radiation.
  • the droplets 3 lose contact with the latter and can be suctioned off using simple means.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines Werkstückes (1) mit folgenden Schritten offenbart: - Aufbringen einer flüssigen Grundschicht (2) auf die Oberfläche des Werkstückes (1); - Aufspritzen mindestens eines Tröpfchens (3) in die noch nicht erstarrte Grundschicht (2), wobei das mindestens eine Tröpfchen (3) in die Grundschicht (2) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, eindringt; - Fixieren der Grundschicht (2); - mindestens teilweises Entfernen des mindestens einen Tröpfchens (3). Ferner wird ein zweites Verfahren mit folgenden Schritten offenbar: - Aufspritzen mindestens eines Tröpfchens (3) auf die Oberfläche des Werkstückes (1); - Aufbringen einer flüssigen Grundschicht (2) auf die Oberfläche des Werkstückes (1), wobei die Grundschicht (2) das mindestens eine Tröpfchen (3) umfließt, vorzugsweise zumindest teilweise bedeckt; - Fixieren der Grundschicht (2); - mindestens teilweises Entfernen des mindestens einen Tröpfchens (3). Schließlich wird eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren offenbart.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines flächigen Werkstückes sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Eine dekorativ beschichtete Holzwerkstoffplatte ist Stand der Technik und wird in vielfältigen Anwendungsfällen, z.B. zum Herstellen von Möbeln, von
Fußbodenlaminaten und von Wand-, Decken- oder Außenpaneelen angewendet. Ein typisches Beispiel für diese Holzwerkstoffplatten ist eine Spanplatte, welche mit einem dekorativ bedruckten Papier beschichtet ist. Alternativ dazu gibt es auch andere Arten von Faserplatten, z.B. MDF (mitteldichte Faserplatten) oder HDF (hochdichte
Faserplatten), wie auch Zementfaserplatten und zementgebundene Spanplatten, die z.B. in Stärken von ca. 3 bis 50 mm für verschiedene Anwendungsfälle verwendet werden.
In den meisten dieser Anwendungsfälle ist es wünschenswert, neben einer
dekorativen Beschichtung, wie z.B. einer Holznachbildung oder einer
Fliesennachbildung für steinartig anmutenden Laminatfußboden, auch eine Struktur in der Oberfläche zu erhalten.
Nach dem Stand der Technik wird dies z.B. in einem Melaminbeschichtungsverfahren mittels einer Prägematrize hergestellt. Dabei wird beispielsweise ein mit einer
Holzoptik bedrucktes Papier mit einem Melaminharz imprägniert, angetrocknet und dann in einer Heizpresse mit einem Prägeblech auf eine Spanplatte verpresst. Das Ergebnis ist eine 12 mm dicke Spanplatte, welche mit einer Buchennachbildungsoptik beschichtet ist. Auf der Oberfläche mit der Buchennachbildungsoptik ergeben sich dann durch das Prägeblech Strukturen mit einer Tiefe von üblicherweise 20 gm bis zu 150 gm oder 200 gm.
Diese Strukturen werden entweder holzähnlich unabhängig von der tatsächlich gedruckten Holzart als sogenannte„all-over“ Struktur hergestellt. In entsprechend teureren Verfahren mit hochwertiger anmutenden Produkten wird auch eine
sogenannte Synchronpore verwendet, bei der das Prägeblech eine Struktur hat, welche synchron zu der gedruckten Holzoptik angewendet wird. In diesem Falle ist beispielsweise ein gedrucktes Astloch auch tatsächlich fühlbar tiefer als der daneben etwas höher stehende Rest der gedruckten Holzoptik.
Neben diesem sogenannten Melaminverpressungsverfahren gibt es weitere Verfahren zur Beschichtung von Holzwerkstoffplatten. In einem weiteren bekannten Verfahren wird z.B. eine Holzwerkstoffplatte lackiert, bedruckt und dann mit einer transparenten Decklackschicht versehen. Um auch hier eine entsprechende Oberflächenstruktur zu erhalten, gibt es die Möglichkeit, mit einer strukturierten Decklackwalze eine Struktur aufzubringen. Ein solches Verfahren ist zum Beispiel in der DE 10 2007 019 871 A1 beschrieben.
Die DE 10 2009 044 802 A1 offenbart ein Strukturierungsverfahren, bei dem mittels Lacktröpfchen, die auf die Oberfläche eines Werkstückes abgegeben werden, eine Oberflächenstruktur aufgebaut wird. Eine Struktur wird dabei durch eine Hüllkurve die durch die Oberfläche der gesamten Tröpfchen gegeben ist, erzeugt.
Bereits bekannt ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einem flächigen Werkstück, das in der DE 10 2015 110 236 A1 beschrieben ist. Das
Werkstück wird dabei zunächst mit einer flüssigen Grundschicht beschichtet.
Anschließend wird mittels Tröpfchen, die beispielsweise mit einem Tintenstrahldrucker auf die Grundschicht gespritzt werden, eine Struktur in die Grundschicht eingebracht, indem die Tröpfchen die Grundschicht beim Auftreffen auf diese verdrängen. Dadurch werden Vertiefungen in die Struktur eingebracht, die dann in ihrer Gesamtheit eine Struktur in der flüssigen Grundschicht ausbilden. Anschließend wird die Grundschicht mit einem geeigneten Verfahren fixiert, so dass die Struktur darin ebenfalls fixiert wird. Damit ist das Werkstück mit einer Struktur versehen.
Aus der DE 10 2017 113 035 A1 ist ein weiteres Verfahren zur Herstellung einer dekorativen Oberfläche bekannt. Die dabei geschaffene Oberfläche wird mit unterschiedlichen Glanzgraden ausgebildet. Im Wesentlichen wird hier auf eine erste Lackschicht, mit der eine Oberfläche eines Werkstücks beschichtet wurde, eine zweite Lackschicht aufgebracht, wobei die zweite Lackschicht in Tröpfchenform aufgebracht wird und sich nach der Aushärtung in ihrem Glanzgrad von der ersten Lackschicht unterscheidet. Eine spezielle Ausprägung des hier offenbarten Verfahrens beinhaltet ebenfalls Schritte, in denen eine Strukturierung der Oberfläche durchgeführt wird.
In dem bisherigen Stand der Technik werden bei einer Grundschicht mit einer
Schichtstärke von 100 pm mit Hilfe einer digitalen Strukturierung üblicherweise
Strukturtiefen von 20 bis 100 pm erreicht. In einem sicheren, industriellen Verfahren werden üblicherweise Strukturtiefen von lediglich maximal 80 pm erreicht, da sich gezeigt hat, dass eine aufgetragene flüssige Grundschicht von den auf die Oberfläche abgegebenen Tröpfchen (abhängig vom Material der Tröpfchen) nicht immer bis auf die darunter liegende feste Schicht, also das eigentliche Werkstück, verdrängt wird. Stattdessen erfolgt lediglich eine Verdrängung bis in eine Tiefe von ca. 70 bis 80% der Schichtstärke der flüssigen Grundschicht. Dies entspricht somit lediglich 70 bis 80 pm.
Außerdem sind nach dem Stand der Technik die Ränder der digital eingebrachten Struktur, bzw. der eingebrachten Vertiefungen, eher abgerundet, und nicht wie gewünscht, sehr scharfkantig. Gerade bei der Nachbildung einer natürlichen
Holzstruktur oder Holzporenoptik sind sehr scharfkantige Poren erwünscht, bei denen der gemessene Tiefenunterschied zwischen der höchsten und der tiefsten Stelle in der Oberfläche, also in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche des Werkstücks, über eine sehr kurze räumliche Ausdehnung, also parallel zur Oberfläche des Werkstücks erfolgt. Bei den nach dem Stand der Technik hergestellten Produkten stellt sich dieser Tiefenunterschied von z.B. 100 pm über eine räumliche Ausdehnung von z.B. 40 bis 60 pm ein, während bei einer scharfkantigen Pore dieser Tiefenunterschied innerhalb einer räumlichen Ausdehnung von eher 10 bis 20 pm erreicht sein sollte. Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Probleme zu lösen und insbesondere eine Möglichkeit zu schaffen, im Vergleich zu bekannten Verfahren schärfere Strukturen einzubringen.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen, dass die aufgespritzten Tröpfchen wie eine Art„Platzhalter“ bis zur Härtung der flüssigen Grundschicht in dieser verbleiben, und nach der erfolgten Härtung mittels unterschiedlicher Methoden wieder entfernt werden. Dadurch wird verhindert, dass eine durch die aufgespritzten Tröpfchen geschaffene Struktur vor dem Aushärten der flüssigen Grundschicht wieder„zerfließt“ oder die Scharfkantigkeit der Pore durch ein Verfließen der Grundschicht vor der Härtung abnimmt.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines Werkstückes mit folgenden Schritten vorgesehen:
- Aufbringen einer flüssigen Grundschicht auf eine Oberfläche des
Werkstückes;
- Aufspritzen mindestens eines Tröpfchens in die noch nicht erstarrte
Grundschicht, wobei das mindestens eine Tröpfchen in die flüssige Grundschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, eindringt;
- Fixieren der Grundschicht;
- mindestens teilweises Entfernen des mindestens einen Tröpfchens.
Ebenso erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines Werkstückes mit folgenden Schritten vorgesehen:
- Aufspritzen mindestens eines Tröpfchens auf die Oberfläche des
Werkstückes;
- Aufbringen einer flüssigen Grundschicht auf die Oberfläche des Werkstückes, wobei die Grundschicht das mindestens eine Tröpfchen umfließt, vorzugsweise zumindest teilweise bedeckt; - Fixieren der Grundschicht;
- mindestens teilweises Entfernen des mindestens einen Tröpfchens.
Beide Verfahren können vorzugsweise auch in Kombination ausgeführt werden, so dass erfindungsgemäß auch ein Verfahren mit folgenden Schritten vorgesehen ist:
- Aufspritzen mindestens eines Tröpfchens auf die Oberfläche des
Werkstückes;
- Aufbringen einer flüssigen Grundschicht auf die Oberfläche des Werkstückes, wobei die Grundschicht das mindestens eine Tröpfchen umfließt, vorzugsweise zumindest teilweise bedeckt;
- Aufspritzen mindestens eines weiteren Tröpfchens in die noch nicht erstarrte Grundschicht, wobei das mindestens eine weitere Tröpfchen in die flüssige
Grundschicht zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, eindringt;
- Fixieren der Grundschicht;
- mindestens teilweises Entfernen des mindestens einen Tröpfchens und/oder des mindestens einen weiteren Tröpfchens.
Das Aufspritzen der Tröpfchen auf das Werkstück und/oder auf die flüssige
Grundschicht erfolgt vorzugsweise nach einer digitalen Vorlage, die vorzugsweise mit einem Dekorbild abgestimmt ist. Das Dekorbild befindet sich bevorzugt auf dem Werkstück, wobei es von der flüssigen Grundschicht und/oder den Tröpfchen bedeckt wird. Bevorzugt sind dann die Grundschicht und/oder die Tröpfchen so ausgebildet, dass sie zumindest teilweise transparent sind, wenn sie fixiert wurden, damit das Dekorbild sichtbar ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine möglichst synchrone Anordnung von Dekorbild und Struktur erreicht wird. Beispielsweise kann eine Struktur eines Astlochs sehr gut an eine Abbildung eines Astlochs angepasst werden.
Alternativ oder zusätzlich kann ein Dekorbild auch auf der fixierten Grundschicht angeordnet sein.
Vorzugsweise erstarrt das mindestens eine Tröpfchen bei Kontakt mit dem Werkstück und/oder der Grundschicht beziehungsweise es nimmt bevorzugt einen festen
Aggregatszustand an. Das mindestens eine Tröpfchen kann jedoch auch in einem separaten Schritt oder zusammen mit der Grundschicht fixiert werden. Das Fixieren der Grundschicht oder auch der Tröpfchen kann vorzugsweise mit deren Härtung gleichgesetzt werden.
Vorzugsweise weisen die Grundschicht und/oder das mindestens eine Tröpfchen ferner ein härtbares Material auf, welches besonders bevorzugt durch UV-Strahlung und/oder durch Trocknung gehärtet bzw. fixiert werden kann.
Besonders bevorzugt bestehen Grundschicht und das mindestens eine Tröpfchen aus unterschiedlichen Materialien, dahingehend, dass die Grundschicht bei einem
Härtungsvorgang stärker aushärtet als das mindestens eine Tröpfchen.
Vorzugsweise wird durch das Aufspritzen des mindestens einen Tröpfchens in die zuvor aufgetragene, flüssige Grundschicht mindestens eine Vertiefung eingebracht, wobei die mindestens eine Vertiefung vorzugsweise durch das mindestens eine Tröpfchen vollständig ausgefüllt wird. Die Geometrie der mindestens einen Vertiefung kann durch Variation des Impulses bzw. der Geschwindigkeit des mindestens einen Tröpfchens und/oder durch Variation des Abgabevolumens bzw. der Masse des mindestens einen Tröpfchens beeinflusst werden. Alternativ oder zusätzlich ist denkbar, eine Vertiefung durch Aufspritzen mehrerer Tröpfchen an einem räumlichen Ort (übereinander) in ihrer Tiefe bzw. in ihrem Volumen gegenüber einer Vertiefung die nur von einem Tröpfchen gebildet wurde, zu vergrößern.
Wird das mindestens eine Tröpfchen vor dem Aufbringen der Grundschicht auf die Oberfläche des Werkstücks aufgespritzt, so wird eine Vertiefung in der Grundschicht dadurch gebildet, dass das mindestens eine Tröpfchen einen Raum auf dem
Werkstück, bzw. der Oberfläche des Werkstücks, besetzt, der nicht von dem Material der danach aufgebrachten Grundschicht eingenommen werden kann. Wird das mindestens eine Tröpfchen nach Fixierung der Grundschicht zumindest teilweise entfernt, so verbleibt eine Aussparung bzw. eben eine Vertiefung in der Grundschicht.
Die Struktur in der Grundschicht wird vorzugsweise durch die mindestens eine
Vertiefung gebildet. Holz- oder Fliesendekore oder auch andere dekorative Strukturen können beispielsweise durch Anordnung mehrerer Vertiefungen bzw. auch durch die Verbindung mehrerer Vertiefungen gebildet werden.
Vorzugsweise verändert sich die Schichtstärke der Grundschicht an der Stelle, an der das mindestens eine Tröpfchen aufgespritzt wurde.
Vorzugsweise werden mehrere Tröpfchen am selben räumlichen Ort in der flüssigen Grundschicht und/oder auf dem Werkstück übereinander platziert, so dass sich vor dem Aufbringen und/oder vor dem Fixieren der Grundschicht ein zusammengesetztes Tröpfchen ergibt. Das zusammengesetzte Tröpfchen weist vorzugsweise eine Höhe h auf die sich wie folgt berechnen lässt: h = n x D n ist dabei die Anzahl der übereinander platzierten Tröpfchen und D der Durchmesser eines dieser Tröpfchen. Hier wurde vorausgesetzt, dass es sich um gleich große Tröpfchen handelt, es ist jedoch auch denkbar, dass Tröpfchen unterschiedlicher Größe in dieser Art und Weise kombiniert werden.
Vorzugsweise erfolgt vor dem Aufspritzen des mindestens einen Tröpfchens ein weiterer Bearbeitungsschritt, in dem eine Verfestigung der Grundschicht insoweit erfolgt, dass die Grundschicht eine höhere Viskosität als bei ihrem Auftrag auf das Werkstück aufweist, jedoch noch nicht erstarrt ist. Dies kann beispielsweise durch Trocknung oder Abkühlen der Grundschicht mittels einer Strömungsquelle, wie einem Gebläse, erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann der Grundschicht auch Wärme entzogen werden, indem sie einer verringerten Umgebungstemperatur ausgesetzt wird. So kann vorteilhafterweise erreicht werden, dass einerseits die Temperatur der Grundschicht verringert wird, so dass das mindestens eine Tröpfchen auf eine relativ kalte Grundschicht trifft. Andererseits ist eine Vertiefung, die durch das mindestens eine Tröpfchen in die Grundschicht eingebracht wurde, bis zur Fixierung beständiger als bei einer Grundschicht mit geringerer Viskosität. Das Aufspritzen bzw. Aufbringen des mindestens einen Tröpfchens auf die flüssige Grundschicht erfolgt bevorzugt mittels Digitaldruck- bzw. Tintenstrahldrucktechnik. Dazu wird bevorzugt ein Digitaldruckkopf oder ein Digitaldüsenbalken verwendet.
Vorzugsweise wird das mindestens eine Tröpfchen mit einer Temperatur von > 40 °C, bevorzugt > 60 °C, besonders bevorzugt > 90 °C, aufgespritzt, wobei die flüssige Grundschicht und/oder das Werkstück eine Temperatur von < 40 °C, bevorzugt < 35°C, besonders bevorzugt < 30°C, aufweisen/aufweist. Je höher die Temperatur des mindestens einen Tröpfchens ist, desto besser kann es mittels Digitaldruck- bzw. Tintenstrahldrucktechnik verdruckt werden. Eine möglichst niedrige Temperatur von Grundschicht und/oder Werkstück beschleunigt vorzugsweise die Abkühlung, besonders bevorzugt die Erstarrung, des mindestens einen Tröpfchens.
Vorzugsweise erfolgt das Erstarren des mindestens einen Tröpfchens bei Kontakt mit der Grundschicht und/oder mit dem Werkstück innerhalb von weniger als 8 Sekunden, bevorzugt innerhalb von weniger als 3 Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb von weniger als 0,5 Sekunden. Je schneller das mindestens eine Tröpfchen einen festen Aggregatszustand einnimmt desto schneller können die weiteren Bearbeitungsschritte durchgeführt werden. Vorzugsweise liegt der Schmelzpunkt des mindestens einen Tröpfchens oberhalb der Temperatur der flüssigen Grundschicht, mit der es in Kontakt tritt. Auf diese Weise wird das mindestens eine Tröpfchen nicht aufgrund der
Temperatur der flüssigen Grundschicht wieder verflüssigt. Das Erstarren des mindestens einen Tröpfchens erfolgt umso schneller, je geringer die Temperatur der Grundschicht ist.
Vorzugsweise erfolgt das mindestens teilweise Entfernen des mindestens einen Tröpfchens mittels mechanischer, und/oder chemischer und/oder physikalischer Methoden, wobei optional auch Material der Grundschicht entfernt wird.
Vorzugsweise wird das mindestens eine Tröpfchen dazu mittels eines Lösemittels nach der Fixierung der Grundschicht wieder verflüssigt oder zumindest teilweise verflüssigt. So kann es anschließend besonders bevorzugt durch Absaugen aus der Grundschicht entfernt werden. Unter mechanischen Methoden können abtragende Methoden verstanden werden. Beispielsweise kann darunter die Anwendung einer Schleif- oder Hobelmethode verstanden werden, wodurch Material der Grundschicht und/oder des mindestens einen Tröpfchens entfernt wird. Ferner können darunter auch Methoden verstanden werden, die ein Medium einsetzen, um das Material abzutragen. Z.B. kann die
Oberfläche der Grundschicht und/oder das mindestens eine Tröpfchen mittels
Sandstrahlen behandelt werden. Beim Abtragen durch Schleifmittel kommt
vorzugsweise eine kontinuierlich arbeitende Schleifmaschine, wie sie typischerweise zum Lackschliff von lackierten Spanplatten für den Möbelbereich verwendet wird. Hersteller solcher Lackschliffmaschinen sind z.B. die Firmen Heesemann (Bad
Oeynhausen), Fa. Büttfering (Homag AG Gruppe).
Vorzugsweise wird die Grundschicht bis zu einer bestimmten Tiefe entfernt, so dass anschließend das mindestens eine Tröpfchen, sofern es erstarrt ist, freiliegt und vorzugsweise aus der Grundschicht vorsteht. Auf diese Weise kann das mindestens eine Tröpfchen leicht durch physikalische oder mechanische Krafteinwirkung, beispielsweise durch Absaugen oder Ausbürsten, entfernt werden.
Durch das Entfernen von Teilen der fixierten Grundschicht, vorzugsweise von flächigen Bereichen der fixierten Grundschicht, kann erreicht werden, dass die mindestens eine Vertiefung, die durch das mindestens eine Tröpfchen gebildet wurde, eine scharf abfallende Flanke aufweist, wodurch die eingangs geforderte Schärfe der Struktur erreicht werden kann.
Vorzugsweise wird das mindestens eine erstarrte Tröpfchen vor und/oder während des mindestens teilweisen Entfernens durch Wiedererwärmen zumindest teilweise verflüssigt, und so aus bzw. von der Grundschicht entfernt. Das Entfernen erfolgt dabei vorzugsweise mittels physikalischer Methoden, wie Absaugen, Verdampfen oder auch durch Aufnehmen bzw. Aufsaugen des mindestens einen flüssigen
Tröpfchens mit einem anderen Material. Ist das mindestens eine Tröpfchen nicht erstarrt bzw. in der Grundschicht fixiert, sondern liegt es in flüssiger Form vor, so kann das mindestens eine Tröpfchen auf dieselbe Art entfernt werden. Es entfällt lediglich die Notwendigkeit, das mindestens eine Tröpfchen zuvor wieder zu verflüssigen.
Ein Entfernen des mindestens einen Tröpfchens kann auch chemische Methoden beinhalten bzw. mittels einer chemischen Methode erfolgen. So kann beispielsweise ein Teil der Grundschicht und/oder des mindestens einen Tröpfchens mittels
Chemikalien verflüssigt werden und anschließend in flüssiger Form entfernt werden. Bei besonders geeigneten Materialgemischen, vorzugsweise mit einem hohen Anteil von mehr als 30% Isophorondiamin, besteht eine gute Wasserlöslichkeit, so dass die Tröpfchen mittels Wasser wieder aus der fixierten Grundschicht ausgewaschen werden können.
Vorzugsweise besteht das mindestens eine Tröpfchen aus einem Material,
vorzugsweise aus einem Acrylatgemisch, welches nicht durch UV-Strahlung zur Aushärtung, insbesondere zur Polymerisation, angeregt werden kann. Alternative Ausführungsformen sind Gemische, die vorzugsweise mindestens 20%
Isophorondiamin enthalten, oder alternativ Paraffin / EVA - Gemische (sog.„Hotmelt - Inks“). Soll das mindestens eine Tröpfchen während der Durchführung der Verfahren, insbesondere während der Fixierung der Grundschicht, flüssig bleiben, so kann das mindestens eine Tröpfchen in einer speziellen Ausführungsform Wasser enthalten bzw. rein aus Wasser bestehen.
Vorzugsweise umschließt die flüssige Grundschicht das mindestens eine Tröpfchen sobald es sich auf bzw. in der Grundschicht befindet bzw. sobald die Grundschicht auf die Oberfläche des Werkstückes mit bereits aufgespritzten Tröpfchen aufgebracht wird, derart, dass eine Öffnung in der Grundschicht verbleibt, die eine geringere Fläche aufweist, als eine senkrechte Projektion des mindestens einen Tröpfchens senkrecht nach oben. Alternativ oder zusätzlich umschließt die flüssige Grundschicht das mindestens eine Tröpfchen vollständig. Das mindestens eine Tröpfchen ist somit in der Grundschicht eingeschlossen. Wird das mindestens eine Tröpfchen auf die flüssige Grundschicht aufgespritzt, so wird das mindestens eine Tröpfchen durch nachträgliches Umfließen durch die flüssige Grundschicht um- bzw. eingeschlossen. Das Aufspritzen mehrerer Tröpfchen auf die flüssige Grundschicht kann bevorzugt so erfolgen, dass je nach Abgabeparametern der Tröpfchen, wie
Tröpfchengeschwindigkeit, Tröpfchenvolumen, etc., einige in die Grundschicht eindringen und von dieser umschlossen werden, wobei andere teilweise oder nicht umschlossen werden.
Vorzugsweise erfolgt das mindestens teilweise Entfernen des mindestens einen Tröpfchens durch ein erstes mechanisches Abtragen, vorzugsweise von 1 bis 50 pm, bevorzugt 5 bis 10 pm der gehärteten Grundschicht, besonders bevorzugt mittels einer Schleifvorrichtung, optional gefolgt von einem mechanischen Ausbürsten des so freigelegten mindestens einen Tröpfchens.
Alternativ oder zusätzlich erfolgt das mindestens teilweise Entfernen des mindestens einen Tröpfchens durch ein thermisches Aufheizen und Absaugen des mindestens einen dann wieder verflüssigten Tröpfchens.
Vorzugsweise wird die Grundschicht derart fixiert, dass nach dem Fixieren der
Grundschicht die Oberfläche der fixierten Grundschicht durch das mindestens eine in der Grundschicht verbliebene Tröpfchen keine größeren Unebenheiten als max. 20 pm hat.
Vorzugsweise wird die Grundschicht derart fixiert, dass ein Bereich, der das
mindestens eine Tröpfchen aufweist, gegenüber einem Bereich ohne aufgebrachte Tröpfchen einen unterschiedlichen Härtegrad von mindestens einem Faktor 2 aufweist. Der Härtegrad kann dabei vorzugsweise mit einem "Hamberger Hobel" bestimmt werden. Hierbei wird eine Spitze mit einer Kraft von 0,5 bis 5 N auf ein Werkstück gepresst und anschließend ein Ritzversuch durchgeführt. Das Ergebnis wird anschließend optisch begutachtet. Die Härtegrade können dabei durch
unterschiedliche Zusammensetzungen der Materialen von Grundschicht und
Tröpfchen beeinflusst werden, so dass beispielsweise unterschiedliche Härtegrade bei der Polymerisation dieser Materialen erreicht werden.
Vorzugsweise weist das mindestens eine Tröpfchen nach der Aushärtung bzw.
Fixierung in der Grundschicht einen anderen Glanzgrad als die gehärtete Grundschicht auf. Dies ist dann vorteilhaft, wenn das mindestens eine Tröpfchen zumindest teilweise in der Grundschicht verbleiben soll und somit eine eingebrachte Vertiefung mit einem unterschiedlichen Glanzgrad zur umgebenden Grundschicht versehen werden soll. Beispielsweise könnte das mindestens eine Tröpfchen nur bis zu einer gewissen Tiefe, die geringer als die gesamte Tiefe der Vertiefung ist, verflüssigt und anschließend abgesaugt werden. Der nicht verflüssigte Teil des mindestens einen Tröpfchens würde in der Vertiefung in der Grundschicht verbleiben und hier den Boden der Vertiefung mit einem unterschiedlichen Glanzgrad versehen.
Der Glanzgrad des mindestens einen Tröpfchens weicht dabei vorzugsweise um mindestens 10 Glanzeinheiten, vorzugsweise mindestens 20 Glanzeinheiten, von dem Glanzgrad der fixierten Grundschicht ab, wobei die Glanzeinheiten nach DIN EN ISO 2813:2015 02 bei einem Winkel von 60° gemessen werden. Dadurch wird ein optisch deutlich wahrnehmbarer Glanzeffekt erkennbar. Das Einstellen des Glanzgrades kann beim Aufdrucken durch die Tröpfchengröße und/oder die Tröpfchenanzahl pro Fläche oder durch den Einsatz von Mattierungsmitteln variiert werden.
Die Glanzmessung erfolgt nach DIN EN ISO 2813:2015 02. Für die Glanzmessung wird die Lichtmenge, die eine Oberfläche im Verhältnis zu einem Referenzstandard aus poliertem Glas reflektiert, gemessen. Die dabei verwendete Maßeinheit ist GU (Gloss Units bzw. Glanzeinheiten). Die an der Oberfläche reflektierte Lichtmenge ist abhängig vom Einfallswinkel und den Eigenschaften der Oberfläche. Bei der
Glanzmessung können unterschiedliche Einfallswinkel (20°, 60° und 85°) verwendet werden, um den Reflexionsgrad zu erfassen, wobei vorzugsweise mit dem Einfalls winkel von 60° gemessen wird. Alternativ kann auch der Mittelwert von Messungen zu den drei Einfallswinkeln verwendet werden. Der Reflexionsgrad vergleicht die von einem Glanzmessgerät abgestrahlte und empfangene Lichtenergie in Prozent bei einem bestimmten Einfallswinkel.
Vorzugsweise ist das mindestens eine erstarrte bzw. gehärtete Tröpfchen verglichen mit der gehärteten bzw. fixierten Grundschicht elastischer bzw. weicher. Das hat den Vorteil, dass das mindestens eine Tröpfchen so z.B. bei Einwirkung einer Kraft leichter verformt werden kann, wodurch ein Entfernen des mindestens einen Tröpfchens aus der Grundschicht, erleichtert wird.
Vorzugsweise erfährt das mindestens eine Tröpfchen, vorzugsweise während es erstarrt bzw. fixiert wird, eine Volumenverringerung. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass das mindestens eine Tröpfchen sich spielbehaftet in der fixierten Grundschicht befindet, wodurch es leichter aus dieser entfernt werden kann. Eine Volumenänderung kann beispielsweise durch UV-Strahlung ausgelöst werden, die auf das mindestens eine Tröpfchen trifft. Eine weitere Möglichkeit wäre, das mindestens eine Tröpfchen so auszubilden, dass die Volumenverringerung aufgrund von
Wärmeentzug oder Wärmezufuhr erfolgt.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum Herstellen einer Struktur auf einer
Oberfläche eines Werkstückes vorgesehen, aufweisend:
- eine Aufbringungseinheit, die dazu ausgebildet ist, eine flüssige Grundschicht auf eine Oberfläche des Werkstückes aufzubringen;
- eine Abgabeeinheit, die dazu ausgebildet ist, mindestens ein Tröpfchen in die noch nicht erstarrte Grundschicht aufzuspritzen;
- eine Fixierungseinheit, die dazu ausgebildet ist, die flüssige Grundschicht zu fixieren;
- eine Bearbeitungseinheit, die dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Tröpfchen mindestens teilweise zu entfernen;
- eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung entsprechend dem oben beschriebenen Verfahren zu steuern.
Vorzugsweise ist die Abgabeeinheit mit einer oder mehreren Druckkopfreihen jeweils über die gesamte Werkstückbreite ausgerüstet.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Transporteinheit auf, die dazu ausgebildet ist, das Werkstück der Aufbringungseinheit, der Abgabeeinheit, der Fixierungseinheit und der Bearbeitungseinheit zuzuführen, wobei die Transporteinheit vorzugsweise ein Transportband aufweist. Vorzugsweise weist die Aufbringungseinheit eine Auftragswalze, einen Digitaldruckkopf und/oder einen Digitaldüsenbalken auf, womit die flüssige
Grundschicht auf das Werkstück aufgebracht werden kann.
Vorzugsweise weist die Abgabeeinheit einen Digitaldruckkopf und/oder einen
Digitaldüsenbalken auf, womit das Aufspritzen des mindestens einen Tröpfchens in die Grundschicht erfolgen kann.
Vorzugsweise weist die Fixierungseinheit eine UV-Lichtquelle, eine Wärmequelle und/oder eine Strömungsquelle auf, womit ein Fixieren bzw. Aushärten der
Grundschicht erfolgen kann. Zusätzlich kann damit auch ein Aushärten des
mindestens einen Tröpfchens durchgeführt werden, wenn dieses zur Aushärtung mit einer dieser Methoden ausgebildet ist. Eine Wärmequelle kann dabei vorzugsweise einen Infrarotstrahler oder eine Fleizung aufweisen, wobei die Wärmequelle
vorzugsweise zur Trocknung der Grundschicht und/oder des mindestens einen Tröpfchens ausgebildet ist. Eine Strömungsquelle kann bevorzugt ein Gebläse aufweisen, das zur Beströmung der Grundschicht und/oder des mindestens einen Tröpfchens mit einem Medium, vorzugsweise Luft, ausgebildet ist. Die
Strömungsquelle ist vorzugsweise zur Trocknung der Grundschicht und/oder des mindestens einen Tröpfchens ausgebildet.
Vorzugsweise weist die Bearbeitungseinheit eine Bürste, eine Absaugvorrichtung, eine Abtragungsvorrichtung, wie z.B. eine Schleif- oder Hobelvorrichtung oder auch eine Sandstrahlvorrichtung, eine Vorrichtung zur Abgabe einer Substanz auf die Grundschicht und/oder die Tröpfchen, die zur chemischen Reaktion mit der
Grundschicht und/oder mit den Tröpfchen ausgebildet ist, und/oder eine Wärmequelle auf. So kann vorzugsweise die Oberfläche der Grundschicht derart verändert werden, dass beispielsweise durch Abtragen von Material das mindestens eine Tröpfchen freigelegt wird. Auch ein reines Nachbearbeiten der Grundschicht und/oder des mindestens einen Tröpfchens unter dekorativen Gesichtspunkten ist möglich.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Zuhilfenahme der beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Werkstück mit einer flüssigen Grundschicht, in welche flüssige
Tröpfchen aufgespritzt wurden,
Fig. 2 eine Möglichkeit, aufgespritzte Tröpfchen wieder zu entfernen,
Fig. 3a ein Werkstück mit einer flüssigen Grundschicht, in welche flüssige
Tröpfchen aufgespritzt wurden, wobei die flüssige Grundschicht die Tröpfchen zumindest teilweise umschließt,
Fig. 3b dasselbe Werkstück wie in Fig. 3a nach einem weiteren
Bearbeitungsschritt,
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
Fig. 5 ein Werkstück mit einer flüssigen Grundschicht in welche flüssige
Tröpfchen aufgespritzt wurden, wobei mehrere Tröpfchen an demselben Ort aufgespritzt wurden, und
Fig. 6 ein Aufspritzen von Tröpfchen auf ein Werkstück vor dem Aufbringen der flüssigen Grundschicht sowie eine Möglichkeit, eine flüssige Grundschicht auf ein Werkstück aufzubringen.
Fig. 1 zeigt ein Werkstück 1 mit einer flüssigen Grundschicht 2 auf welche flüssige Tröpfchen 3 aufgespritzt wurden. Diese Tröpfchen 3 haben die flüssige Grundschicht 2 lokal verdrängt wodurch Vertiefungen in der Grundschicht 2 entstanden sind. Die Tröpfchen 3 füllen die durch das Aufspritzen entstandenen Vertiefungen teilweise, beispielsweise zu 50% der Flöhe oder des Volumens der Vertiefung, oder zu 100% der Flöhe oder des Volumens der Vertiefung aus, so dass sich nach dem Aufspritzen der Tröpfchen 3, und vor der Aushärtung der flüssigen Grundschicht 2 eine im
Wesentlichen glatte Oberfläche ergibt. Fig. 2 zeigt in der Ansicht I links ein Werkstück 1 gemäß Fig. 1 mit den aufgespritzten Tröpfchen 3 und mit bereits ausgehärteter flüssiger Grundschicht 2. Dieses Werkstück 1 wird zu einer Wärmequelle 402 in Form einer Infrarotlampe transportiert, die in Ansicht II über dem Werkstück 1 dargestellt ist. Unter dieser Wärmequelle 402 wird durch die Infrarotstrahlung die Oberfläche des Werkstückes 1 , insbesondere die Grundschicht 2 und die Tröpfchen 3, wieder erwärmt. Durch das Erwärmen werden die Tröpfchen 3 wieder verflüssigt, wobei die mittlerweile ausgehärtete Grundschicht 2 fest bleibt. Anschließend wird das Werkstück 1 mit den flüssigen Tröpfchen 3 zu einer in Ansicht III rechts gezeigten Absaugvorrichtung 403 transportiert, an der die wieder flüssig gewordenen Tröpfchen 3 abgesaugt werden. Auf diese Weise können die Tröpfchen 3 vollständig oder auch nur teilweise von der Grundschicht 2 entfernt werden. Bei teilweiser Entfernung ist darauf zu achten, nicht das gesamte Tröpfchen 3 zu verflüssigen.
Eine derartige Anordnung von Wärmequelle 402 und Absaugvorrichtung 403 kann beispielsweise in einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, wie sie in Fig. 4 gezeigt ist, vorgesehen sein.
Fig. 3a zeigt ein Werkstück 1 mit einer flüssigen Grundschicht 2, in welche flüssige Tröpfchen 3 aufgespritzt wurden. Im Unterschied zu der Konfiguration in Fig. 1 hat sich hier die flüssige Grundschicht 2 oberhalb der Tröpfchen 3 vor der Fixierung zumindest teilweise wieder geschlossen. Während die beiden Tröpfchen 3 rechts vollständig von der Grundschicht 2 eingeschlossen sind, ist oberhalb des linken Tröpfchens 3 keine vollständige Schließung der Oberfläche der Grundschicht 2 erkennbar. H ier ist eine Öffnung oberhalb des Tröpfchens 3 verblieben, deren Fläche senkrecht nach oben jedoch kleiner ist als eine Projektionsfläche des Tröpfchens 3 senkrecht nach oben.
Fig. 3b zeigt das Werkstück 1 aus Fig. 3a nach einer sich an die Fixierung der Grundschicht 2 anschließenden mechanischen Bearbeitung, die beispielsweise mit einer Schleifmaschine durchgeführt wurde. Durch diese Bearbeitung wurde eine bestimmte Materialmenge der Grundschicht 2 abgetragen, so dass die
eingedrungenen Tröpfchen 3 wieder freigelegt wurden.
Das Freilegen der Tröpfchen 3 kann dabei so erfolgen, dass nur so viel Material der Grundschicht 2 abgetragen wird, dass die Tröpfchen 3 zwar sichtbar sind, jedoch nicht über ihre gesamte Querschnittsfläche freigelegt wurden. Dieses Ergebnis ist in Fig. 3b gezeigt. Es ist dabei deutlich zu erkennen, dass die Vertiefungen in der Grundschicht 2 Flinterschneidungen bilden, die von den Tröpfchen 3 ausgefüllt werden. Werden die Tröpfchen 3 anschließend aus der Grundschicht 2 entfernt, beispielsweise wie in Fig.
2 gezeigt, so verbleibt die Hinterschneidung in der Grundschicht 2, was einen dekorativen Effekt erzielen kann.
Alternativ dazu bzw. an anderen Bereichen der Grundschicht 2 kann auch so viel Material abgetragen werden, dass die Tröpfchen 3 mit ihrer gesamten, nach oben projizierten Querschnittsfläche freiliegen. Dann verbleibt keine Hinterschneidung in der Vertiefung. Stattdessen wird eine scharf in die Vertiefung abfallende Kante erzeugt. Auf diese Weise kann eine scharfe Kontur, beispielsweise einer
Holzmaserung, dargestellt werden.
Fig. 4 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Vorrichtung ist als Produktionsstraße ausgebildet, die einzelne Einheiten 100,
200, 300, 400, 450 aufweist, die zur Durchführung der einzelnen Verfahrensschritte ausgebildet sind. Alternativ oder zusätzlich kann die Vorrichtung auch die Einheiten 410 und 420 aufweisen.
Die Vorrichtung weist ferner eine Transporteinheit 500 auf, die dazu ausgebildet ist, ein Werkstück 1 zu den einzelnen Einheiten 100, 200, 300, 400, 450 zu befördern.
Ferner weist die Vorrichtung eine Steuereinheit 600 auf, die dazu ausgebildet ist, die einzelnen Einheiten 100, 200, 300, 400, 450, 500 zur Durchführung der entsprechenden Verfahrensschritte anzusteuern, bzw. die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in der Vorrichtung zu veranlassen.
In der gezeigten Darstellung der Vorrichtung weist die Transporteinheit 500 ein Transportband auf, das sich von links nach rechts erstreckt und dazu ausgebildet ist, Werkstücke 1 von links nach rechts in Transportrichtung zu den einzelnen Einheiten 100, 200, 300, 400, 450 zu befördern.
In Transportrichtung ist zunächst eine Aufbringungseinheit 100 gezeigt, die dazu ausgebildet ist, die Grundschicht 2 in flüssiger Form auf das Werkstück 1
aufzubringen. In der dargestellten Ausführungsform weist die Aufbringungseinheit 101 eine rotierende Auftragswalze 101 auf, mit der die Grundschicht 2 auf die in der Zeichnung nach oben weisende Oberfläche des Werkstückes 1 aufgebracht wird, sowie eine Gegendruckwalze 102. Dazu rollt die Auftragswalze 101 an der Oberfläche des Werkstückes 1 ab. In einer alternativen Ausführungsform kann alternativ oder zusätzlich die Aufbringungseinheit 100 jedoch auch andere Elemente aufweisen, die zur Aufbringung der Grundschicht 2 ausgebildet sind. Insbesondere können dafür Digitaldruckeinheiten, wie ein Digitaldruckkopf oder ein Digitaldüsenbalken
vorgesehen sein, welche anstelle der Auftragswalze 101 oder zusätzlich zu dieser die Grundschicht 2 auf das Werkstück 1 auftragen. Alternativ kann die
Aufbringungseinheit 100 auch als Gießmaschine ausgeführt sein, bei der das
Werkstück 1 durch einen Lackvorhang hindurchbewegt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei Parameter der Grundschicht 2, insbesondere die Materialmenge bzw. die Schichtstärke oder die Temperatur der Grundschicht 2 beim Aufbringen auf das Werkstück 1 , durch die Aufbringungseinheit 100 beeinflussbar.
In Transportrichtung schließt sich an die Aufbringungseinheit 100 eine Abgabeeinheit 200 an, die zur Abgabe der Tröpfchen 3 in die noch nicht erstarrte Grundschicht 2 ausgebildet ist. Die Abgabeeinheit 200 weist zur Abgabe der Tröpfchen 3 einen oder mehrere Digitaldruckkopf bzw. -köpfe 201 und/oder einen oder mehrere, ggf. in Transportrichtung hintereinander angeordnete Digitaldüsenbalken mit mehreren, sich über die Breite des Werkstückes erstreckenden Digitaldruckköpfen auf, die die
Tröpfchen 3 auf die Grundschicht 2 abgeben bzw. aufspritzen können. Dabei ist die Abgabeeinheit 200 so ausgebildet, dass die Tröpfchen 3 so in die noch nicht erstarrte Grundschicht 2 eindringen, dass sie die Grundschicht 2 verdrängen und darin
Vertiefungen ausbilden, die durch die Tröpfchen 3 zumindest zum Teil ausgefüllt wird. Die Abgabeeinheit 200 (oder digitale Druckstation) kann ferner so ausgebildet sein, dass die Tröpfchen 3 so in die noch nicht erstarrte Grundschicht 2 eindringen, dass sie von der Grundschicht 2 zumindest teilweise eingeschlossen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei Parameter der Tröpfchen 3, insbesondere das Tröpfchenvolumen bzw. die Tröpfchenmasse oder die Abgabe- bzw. Auftreffgeschwindigkeit auf die Grundschicht 2, durch die Abgabeeinheit 200 beeinflussbar. Die Tröpfchenvolumen können vorzugsweise innerhalb eines Rahmens von 3 bis 200 pL (Pikoliter) gesteuert werden, die Auftreffgeschwindigkeit liegt vorzugsweise im Bereich von 2 bis 10 m/s, besonders bevorzugt im Bereich von 3 bis 5 m/s.
In Transportrichtung folgt nach der Abgabeeinheit 200 eine Fixierungseinheit 300, die dazu ausgebildet ist, die Grundschicht 2 zu fixieren. Zur Fixierung der Grundschicht 2 weist die Fixierungseinheit 300 mindestens eine UV-Lichtquelle 301 , wie z.B. einen LED-UV-Strahler auf. Die mindestens eine UV-Lichtquelle 301 strahlt dabei UV-Licht auf die Grundschicht 2 ab und löst darin Aushärt- bzw. Polymerisierungsvorgänge aus, wodurch sich die Grundschicht 2, die vor der Bestrahlung mit UV-Licht zumindest noch nicht erstarrt war, nun verfestigt und aushärtet bzw. wodurch sie fixiert wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Wärmequelle und/oder eine
Strömungsquelle vorgesehen sein. Die Wärmequelle, z.B. eine Infrarotlichtquelle oder eine Fleizung, ist dazu ausgebildet, Wärme an das Werkstück 1 , die Grundschicht 2 und/oder die Tröpfchen 3 abzugeben. Die Strömungsquelle, z.B. ein Gebläse, ist dazu ausgebildet, Luft oder ein anderes Gas bzw. Medium zur Trocknung über die
Grundschicht 2 bzw. die Tröpfchen 3 strömen zu lassen, um eine Trocknung oder auch eine Fixierung mittels Trocknung der Grundschicht 2 und/oder der Tröpfchen 3 zu erreichen. In einer bevorzugten Ausführungsform sind dabei die Parameter, mit der die
Fixierungseinheit 300 betrieben wird, insbesondere die Energie bzw. Wellenlänge der abgegebenen UV-Strahlung der mindestens einen UV-Lichtquelle 301 , die
abgegebene Energie der Wärmequelle, der Massenstrom bzw. die
Strömungsgeschwindigkeit oder die Temperatur des strömenden Mediums der Strömungsquelle, durch die Fixierungseinheit 300 beeinflussbar. Üblicherweise liegt die Wellenlänge der UV-Strahlung im UV-A und ggf. im UV-B Bereich, d.h. 280 nm bis 400 nm. Die Leistung der UV-Strahler für eine Produktionsgeschwindigkeit von 20 m/min. liegt bei etwa 2x bis 5x 200 W/cm Arbeitsbreite, d.h. bei einer Werkstückbreite von 135 cm ergibt sich eine benötigte Leistung der UV-Strahler von etwa 50 bis 125 kW.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Fixierungseinheit 300 dazu ausgebildet, neben der Grundschicht 2 auch die Tröpfchen 3 mit zu fixieren.
Der Fixierungseinheit 300 schließt sich in Transportrichtung eine Bearbeitungseinheit an, die dazu ausgebildet ist, das Werkstück 1 mit der darauf befindlichen fixierten Grundschicht 2 und den Tröpfchen 3 nachzubearbeiten.
Ein Nachbearbeitungsschritt ist dabei das zumindest teilweise Entfernen der
Tröpfchen 3 aus der Grundschicht 2. Dazu weist die Bearbeitungseinheit
verschiedene Elemente auf. In der hier gezeigten Ausführungsform ist die Einheit 400 als ein Düsenkanal mit einem Heißluftgebläse ausgestaltet, um die erstarrten
Tröpfchen 3 nach der Fixierung der Grundschicht 2 wieder zu erwärmen und zu verflüssigen. In der nachgeschalteten Einheit 450 werden die so verflüssigten
Tröpfchen 3 wieder abgesaugt. Dies erfolgt mit einer bereits in Fig. 2 erwähnten Absaugvorrichtung 403.
In einer alternativen Ausführungsform kann eine Bearbeitungseinheit auch die
Einheiten 410, 420 aufweisen. Diese können auch zusätzlich zu den Einheiten 400, 450 vorgesehen sein. Die Einheit 410 ist dabei als eine Schleifvorrichtung
(Schleifmaschine) ausgebildet. Dabei weist die Einheit 410 ein umlaufendes
Schleifband 411 auf, welches im Gleichlauf oder im Gegenlauf zu dem auf der Transporteinrichtung 500 geführten Werkstück 1 läuft. Auf diese Weise kann Material von der Grundschicht 2 abgetragen werden, wobei die Tröpfchen 3 in der
Grundschicht 2 zumindest teilweise freigelegt werden können.
Die Einheit 420 weist eine Bürste 421 auf, die hier als rotierende Bürstenwalze ausgeführt ist. Die Bürste 421 ist dabei so ausgebildet, dass sie die Tröpfchen 3 mittels mechanischem Zusammenwirken von Borsten mit den Tröpfchen 3 aus der fixierten bzw. erstarrten Grundschicht 2 entfernen kann. Die Tröpfchen 3 sind dabei vorzugsweise in der Grundschicht 2 erstarrt, so dass die Borsten der Bürste 401 gut an den Tröpfchen 3 angreifen können.
Die Absaugvorrichtung 403 der Einheit 450 kann jedoch auch dazu ausgebildet sein, die Tröpfchen 3 in fester Form aus der Grundschicht 2 zu saugen. Dies setzt voraus, dass die Tröpfchen 3 so ausgebildet sind, dass sie bei der Verfestigung keine
Verbindung mit der Grundschicht 2 eingehen.
Alternativ oder zusätzlich kann die Einheit 410 auch eine solche Schleifvorrichtung aufweisen, die dazu ausgebildet ist, zumindest einen Teil der erstarrten Grundschicht 2 durch Schleifen zu entfernen. Dabei erfolgt das Entfernen der Grundschicht 2 bevorzugt schichtweise, so dass also von oben durch Schleifen Material von der Grundschicht 2 abgetragen wird. Dabei kann die Schleifvorrichtung auch dazu ausgebildet sein, neben der erstarrten Grundschicht 2 auch Material der Tröpfchen 3 abzutragen.
Die Schleifvorrichtung ist vorzugsweise dazu ausgebildet, die Tröpfchen 3 zumindest teilweise freizulegen, sofern sie vorher zumindest teilweise von der Grundschicht 2 umschlossen waren. Im Anschluss können die freigelegten Tröpfchen dann mittels einer Einheit 420 mittels der rotierenden Bürste 421 vollständig oder teilweise entfernt werden.
Alternativ oder zusätzlich weist die Bearbeitungseinheit auch eine Abgabevorrichtung auf, die dazu ausgebildet ist, eine Substanz auf die fixierte Grundschicht 2 und/oder auf die Tröpfchen 3 abzugeben, wobei die Substanz dazu ausgebildet ist, mit der Grundschicht 2 und/oder mit den Tröpfchen 3 eine chemische Reaktion einzugehen. Alternativ kann die Substanz auch ein Lösungsmittel sein, um die Tröpfchen 3 in Lösung zu bringen und anschließend mit einer Einheit 450 abzusaugen. Auf diese Weise können die Grundschicht 2 und/oder die Tröpfchen 3 zumindest teilweise entfernt werden. Alternativ oder zusätzlich kann jedoch auch eine optische und/oder haptische Veränderung der Grundschlicht 2 und/oder der Tröpfchen 3 erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Bearbeitungseinheit dazu ausgebildet, die Materialmenge die von der Grundschicht 2 und/oder von den Tröpfchen 3 entfernt wird, zu beeinflussen.
Die Steuereinheit 600 weist beispielsweise ein Steuermittel auf, wie hier
beispielsweise ein elektronisches Steuergerät, auf dem Programmcode vorhanden ist, der bei dessen Ausführung die Steuereinheit 600 zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens veranlasst.
Die Vorrichtung kann auch in einer nicht gezeigten Ausführungsform so ausgebildet sein, dass die Aufbringungseinheit 100 erst nach der Abgabeeinheit 200 angeordnet ist. Auf diese Weise ist der Auftrag von Tröpfchen 3 auf das Werkstück 1 möglich, gefolgt von einem Aufbringen der flüssigen Grundschicht 2. Auch kann eine
Anordnung von Abgabeeinheit 200, Aufbringungseinheit 100 und einer weiteren Abgabeeinheit 200 in Transportrichtung möglich sein, um einen Auftrag von Tröpfchen 3 sowohl auf das Werkstück 1 als auch auf die Grundschicht 2 zu ermöglichen.
Die Bearbeitungseinheit kann sämtliche oben genannten Einheiten 400, 410, 420, 450 in Transportrichtung in beliebiger Reihenfolge oder nur eine Auswahl dieser Einheiten 400, 410, 420, 450 aufweisen, wobei auch eine Wiederholung von Einheiten 400, 410, 420, 450 in Transportrichtung denkbar ist.
Fig. 5 zeigt ein Werkstück 1 für einen Ausführungsfall, in dem mehrere Tröpfchen 3 an demselben räumlichen Ort abgegeben wurden, und übereinander in der flüssigen Grundschicht 2 verbleiben (linke sowie rechte Anordnung der Tröpfchen 3). Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Tröpfchen 3 übereinander gestapelt wurden, so dass eine deutlich tiefere Vertiefung, bzw. eine deutlich tiefere Struktur in der Grundschicht 2 entsteht. Bei der linken Anordnung der Tröpfchen 3 erstreckt sich die Vertiefung auch bis auf die Oberfläche des Werkstücks 1.
Fig. 6 zeigt in der Darstellung oben ein Aufspritzen von Tröpfchen 3 auf ein Werkstück 1 vor dem Aufbringen einer flüssigen Grundschicht. Darunter ist zunächst das
Aufbringen einer flüssigen Grundschicht 2 auf ein Werkstück 1 mittels Auftragswalze 101 gezeigt. Die unterste Darstellung zeigt eine Möglichkeit, eine flüssige
Grundschicht 2 mittels einer Gießmaschine 103 auf ein Werkstück 1 aufzutragen.
Bei der Darstellung oben wird das Werkstück 1 zu einem Digitaldruckkopf 201 geführt, der Tröpfchen 3 auf die Oberfläche des Werkstücks 1 abgibt. Diese können, wie dargestellt, auch zu größeren Tröpfchen bzw. zu komplexeren Formen
zusammengeführt werden.
Die mittlere Darstellung zeigt ein Aufbringen einer flüssigen Grundschicht 2 auf dieses Werkstück 1. Dabei werden die Tröpfchen 3, die sich auf der Oberfläche des
Werkstücks 1 befinden, entsprechend von der flüssigen Grundschicht 2 umflossen.
Die flüssige Grundschicht wird hierbei mittels einer Auftragswalze 101 auf das
Werkstück 1 aufgebracht. Die Auftragswalze korrespondiert dabei mit einer
Gegendruckwalze 102, wie bereits oben erläutert. So erfolgt ein Aufbringen der flüssigen Grundschicht 2, wobei die Auftragswalze 101 an der Oberfläche des
Werkstücks 1 abrollt, wobei sich das Werkstück 1 von links nach rechts unter der Auftragswalze 101 hindurchbewegt.
In der unteren Darstellung wird die flüssige Grundschicht 2 mittels einer
Gießmaschine 103 aufgebracht, wobei die Gießmaschine 103 einen Vorhang aus dem Material der flüssigen Grundschicht 2 erzeugt, unter dem dann das Werkstück 1 von links nach rechts hindurch bewegt wird.
Abschließend erfolgt die weitere Beschreibung der Erfindung anhand fünf konkreter Ausführungsbeispiele. Ausführungsbeispiel 1 :
Ein Werkstück 1 in Form einer Spanplatte mit 12 mm Dicke wird einer Lackierstation zugeführt. Darin wird die Spanplatte mindestens an der Oberfläche mit einem weißen Grundlack versehen. Dieser Grundlack wird über ein UV-Modul ausgehärtet.
Anschließend wird die so weiß grundierte Spanplatte im Digitaldruckverfahren mit einem Holzdekor, z.B. Eiche- oder Pinie-Dekor digital bedruckt.
Anschließend wird das so bedruckte Werkstück 1 einer weiteren Lackierstation zugeführt, an der die flüssige Grundschicht 2 auf das Werkstück 1 aufgebracht wird, und zwar in Form eines UV-härtenden Acrylatlacks nach dem Stand der Technik. Als Auftragsmenge wird ein Wert von mehr als 30 g/m2 mit mehr als 30 pm Schichtstärke, besonders bevorzugt mehr als 120 pm Schichtstärke, gewählt.
Danach wird das Werkstück 1 einer digitalen Druckstation zugeführt, welche
Druckköpfe mit einer auf 85 °C erhitzten Flüssigkeit (Tinte) enthält. Als Tinte wird beispielsweise diejenige der Firma Sunjet mit der Markenbezeichnung Sunjet Crystal HEP9520 gewählt. Aus dieser Druckstation werden anschließend eine Vielzahl von Tröpfchen 3 der Tinte nach einer digitalen Druckvorlage auf das Werkstück 1 mit der flüssigen Grundschicht 2 abgegeben, wobei dadurch in die noch flüssige Grundschicht 2 Vertiefungen von 30 bis 120 pm eingebracht werden. Die Tröpfchen 3 werden mit einer Temperatur von mehr als 80 °C aufgebracht, und erstarren beim Auftreffen auf die flüssige Grundschicht, welche eine Temperatur von 20 bis 30 °C hat, durch
Abkühlung innerhalb von weniger als 0,5 Sekunden in den von ihnen selbst
eingebrachten Vertiefungen.
Danach wird das Werkstück 1 einer UV-Härtung zugeführt, bei der drei UV-Lampen mit einer Leistung von jeweils 200 W/cm2 die Grundschicht 2 aushärten.
Anschließend wird das Werkstück 1 mit der ausgehärteten Grundschicht 2 in einer IR- Station mit Infrarot-Strahlung auf mehr als 100 °C Oberflächentemperatur erhitzt, so dass die Tröpfchen 3 wieder flüssig werden. Diese flüssigen Tröpfchen 3 werden dann in einer Absaugungsstation von der Grundschicht 2 entfernt. Alternativ oder zusätzlich werden die Tröpfchen 3 mittels mechanischer Mittel, wie zum Beispiel einer rotierenden Bürste, entfernt.
In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform wird nach dem Entfernen der
Tröpfchen 3 das Werkstück 1 einer Schleifmaschine oder einer kombinierten
Schleif/Bürstenmaschine zugeführt, um in der Oberfläche Schleifriefen zu erzeugen, die die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Struktur noch natürlicher aussehen lässt.
Ausführungsbeispiel 2:
Ein Werkstück 1 in Form einer Kunststoffplatte aus einem PVC-Gemisch mit einer Stärke von 5 mm und einer vorab dekorativ bedruckten Oberfläche wird einer
Beschichtungsstation zugeführt.
Hier wird eine flüssige Grundschicht 2 aus einem UV-härtenden Acrylat-Material nach dem Stand der Technik aufgebracht, und zwar mit einer Schichtstärke von 40 bis 300 pm, bevorzugt mit 90 bis 120 pm.
Das so beschichtete Werkstück 1 wird anschließend zu einer digitalen Druckstation transportiert, wo die flüssige Grundschicht 2 mittels darauf abgegebener Tinte in Form von Tröpfchen 3 nach einer digitalen Vorlage strukturiert wird. Dabei dringen die abgegebenen Tröpfchen 3 mit einem Volumen zwischen 6 pL und 400 pL in die flüssige Grundschicht 2 derart ein, dass die Grundschicht 2 sich nach dem Eindringen der Tröpfchen 3 über diesen wieder schließt.
Die Tröpfchen 3 sind aus einem Material beschaffen, welches als wesentliche
Grundlage ebenfalls aus Acrylaten besteht. Allerdings enthalten die Tröpfchen 3 keine Mittel zur Anregung einer UV-Aushärtung, wie dies bei dem Material der flüssigen Grundschicht 2 der Fall ist. In der darauf folgenden UV-Station wird daher die flüssige Grundschicht 2 mittels UV- LED-Strahlern ausgehärtet, während die eingeschlossenen Tröpfchen 3 flüssig bleiben.
Anschließend wird mittels eines mechanischen Verfahrens unter Verwendung einer Schleifmaschine die Oberfläche der ausgehärteten Grundschicht 2 soweit
angeschliffen, dass die noch flüssigen Tröpfchen 3 darunter gerade freiliegen. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die noch flüssigen Tröpfchen 3 mit einer Bürste ausgebürstet.
In einer alternativen Ausführungsform werden die noch flüssigen Tröpfchen 3 durch den Auftrag eines Lösemittels und anschließende Absaugung des Lösemittels entfernt.
Ausführungsbeispiel 3:
Ein Werkstück 1 in Form einer Kunststoffplatte aus einem gefüllten PP-Gemisch (z.B. Polypropylen mit Kreide) mit einer Stärke von 4,2 mm, einer Länge von 2.800 mm, einer Breite von 1.350 mm und einer unifarbig lackierten Oberfläche wird einer Beschichtungsstation zugeführt. Auf und unter der unifarbigen Oberfläche können weitere Lack- und/oder Primerschichten aufgebracht sein.
In der Beschichtungsstation wird eine flüssige Grundschicht 2 aus einem UV- härtenden Acrylat-Material nach dem Stand der Technik aufgebracht, und zwar mit einer Schichtstärke von 100 bis 150 pm. Dieses Material hat nach der unten beschriebenen Fixierung mittels UV-Strahlung einen Schmelzpunkt von > 300 °C. Die Viskosität dieser Schicht liegt bei einer Temperatur von 85 °C bei ca. 11 mPas.
Das so beschichtete Werkstück 1 wird anschließend zu einer digitalen Druckstation transportiert, wo die flüssige Grundschicht 2 mittels darauf abgegebener Tinte in Form von Tröpfchen 3 nach einer digitalen Vorlage strukturiert wird. Die Tröpfchen haben bestehen zu einem Anteil von 20 - 40% aus Isophorondiamin, und haben einen Schmelzpunkt von 88 °C. Sie werden in der Druckstation bei einer Temperatur von 95 °C vorgehalten, und mit dieser Temperatur aus digitalen Druckköpfen auf die flüssige Grundschicht 2 abgegeben. Der Abstand der Druckköpfe zu der flüssigen
Grundschicht 2 beträgt 1 mm bis 10 mm, bevorzugt 1 ,5 mm bis 3 mm. Die
Geschwindigkeit der Tröpfchen 3 vor dem Eindringen in die flüssige Grundschicht 2 beträgt 3 bis 10 m/s, bevorzugt 4 bis 5 m/s. Die abgegebenen Tröpfchen 3 haben ein Volumen zwischen 6 pL und 400 pL, bevorzugt 10 bis 30 pL.
Die digitalen Druckköpfe in der Druckstation sind so beschaffen, dass sie aus einem Druckkopf an einer räumlichen Stelle mehrere Tröpfchen 3 übereinander abgeben können. Dadurch formt sich in der flüssigen Grundschicht 2 eine Art„Turm“ aus übereinander liegenden Tröpfchen 3, dessen Höhe h sich ermittelt aus h = n x D, wobei n: Zahl der an einer Stelle übereinander abgegeben Tröpfchen, und D:
Durchmesser der Tröpfchen. In der bevorzugten Ausführungsform ergibt sich für n = 3 Tröpfchen mit einem jeweiligen Volumen von 80 pL und einem Druchmesser von 40 pm eine Höhe h = 120 pm.
Die digitale Druckstation ist so ausgeführt, dass sich die Druckköpfe in einer oder mehreren Reihen über die gesamte Transportbreite erstrecken. In einer
erfindungsgemäßen Ausführungsform werden Druckköpfe der Firma Xaar (Type Xaar 1003) verwendet, welche eine effektive Druckbreite von 68 mm haben. Daher werden je Reihe 20 Druckköpfe verwendet, um eine Mindestdruckbreite von mehr als der Werkstückbreite von 1.350 mm zu erzielen.
In einer alternativen Ausführungsform werden drei Reihen mit jeweils 20 Druckköpfen Xaar 1003 hintereinander in Durchlaufrichtung verwendet. Dadurch kann die
Druckstation bei einer Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes 1 von 25 m/min an derselben räumlichen Stelle aus den drei Druckkopfreihen jeweils ein Tröpfchen pro Stelle abgeben, die wie oben beschrieben in die flüssige Grundschicht eindringen, übereinander aushärten, und eine Gesamthöhe von 3xD (Durchmesser je Tröpfchen) erzielen.
In allen oben genannten Ausführungsformen wird das Werkstück 1 mit der oben genannten Geschwindigkeit von 25 m/min. durch die Druckstation transportiert (vgl. Figur 4). Dabei werden mindestens ein Tröpfchen 3 an einem räumlichen Ort - oder, wie oben alternativ gezeigt, eine Anzahl n Tröpfchen 3 übereinander an einem räumlichen Ort - in die flüssige Grundschicht 2 abgegeben. Durch die kontinuierliche Vorschubgeschwindigkeit und die kontinuierlich arbeitenden Druckköpfe über die gesamte Werkstückbreite kann so ein nach einer digitalen Vorlage erstelltes „Strukturbild“ auf dem Werkstück 1 erzeugt werden. D.h., das beispielsweise an mehreren Stellen in Vorschubrichtung linear hintereinander jeweils drei Tröpfchen 3 übereinander platziert werden, und somit ein gerader„Strich“ als Vertiefung mit einer Tiefe h = 3xD entsteht. Alternativ sind alle Strukturen möglich, die in einer digitalen Vorlage erstellt wurden.
In der darauf folgenden UV-Station wird daher die flüssige Grundschicht 2 mittels UV- LED-Strahlern ausgehärtet, während die Tröpfchen 3 bereits vorher erstarrt sind.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die erstarrten Tröpfchen 3 mit einer Bürste ausgebürstet.
In einer alternativen Ausführungsform werden die erstarrten Tröpfchen 3 in einem Heißluftkanal mit einer Düsentemperatur von 125 °C wieder verflüssigt, und danach abgesaugt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform werden die erstarrten Tröpfchen 3 durch den Auftrag eines Lösemittels wieder angelöst, und durch eine anschließende Absaugung des Lösemittels entfernt. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform sind die Tröpfchen 3 aus einem wasserlöslichen Material, so das als Lösungsmittel im Wesentlichen Wasser zum Einsatz kommt. Ausführungsbeispiel 4:
In einer alternativen Ausführungsform kann die Zusammensetzung der Tröpfchen 3 wie folgt gewählt werden:
- Paraffin / Wachs: 19%
- EVA: 10%
- Polyamidharz: 29%
- Niedrigmolekularer Alkohol: 39%
- Additive (zur Entgasung): 3%
In dieser Ausführungsform werden die Tröpfchen 3 nach dem Erstarren und Fixieren der flüssigen Grundschicht 2 mit mechanischen Mitteln entfernt, oder alternativ durch die Erwärmung im Heißluftofen wieder verflüssigt und danach mit mechanischen Mitteln und/oder Absaugung aus der Grundschicht 2 entfernt.
Ausführungsbeispiel 5:
In dieser Ausführungsform werden die Tröpfchen 3 vor dem Aufträgen der flüssigen Grundschicht 2 aufgebracht.
Es wird ein Werkstück 1 in Form einer HDF-Platte mit einer Dichte von 850 kg/m3 in den Abmessungen 8 mm Dicke, 2450 mm Länge, und 1550 mm Breite einer digitalen Druckstation zugeführt. Die HDF-Platte ist vorher mit einer oder mehreren Lackier oder Grundierschritten vorbereitet, und anschließend digital mit einem dekorativen Bild einer Holznachbildung (beispielsweise Buchenparkett Dreistab) bedruckt worden. Alternativ kann nach diesem Bedrucken auch noch eine Zwischenlackschicht aufgebracht werden.
In der digitalen Druckstation werden eine Vielzahl von Tröpfchen 3 mit einem Volumen zwischen 12 pL und 40 pL auf die vorher dekorativ bedruckte Oberfläche aufgedruckt, und zwar nach einer digitalen Vorlage. Dabei werden zwischen mindestens 100 bis zu 10.000 Tröpfchen je cm2 Fläche aufgebracht. Diese Tröpfchen 3 bestehen aus einer Paraffin-Mischung, welche bei einer Temperatur von 80 Grad Celsius aufgedruckt wird, und bei Kontakt mit der Oberfläche innerhalb von weniger als drei Sekunden, bevorzugt weniger als einer Sekunde erstarren.
In einer alternativen Ausführungsform werden die Tröpfchen 3 nach einer digitalen Vorlage aufgebracht, welche aus dem digitalen Bild der zuvor aufgedruckten dekorativen Oberfläche mittels digitaler Bearbeitungsmethoden entstanden ist.
Dadurch kann erreicht werden, dass die Tröpfchen 3 beispielsweise genau dort aufgedruckt werden, wo das Dekorbild des Buchenparketts ein Astloch hat, so dass die später mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugten Strukturen synchron zu dem darunterliegenden Dekorbild sind. Es können auch mehrere Tröpfchen 3 an einer räumlichen Stelle übereinander angeordnet werden, so dass die gesamte
Höhendifferenz zwischen der Oberfläche des Werkstückes 1 und dem höchsten Punkt der aufgebrachten Tröpfchen h = n x D erreicht, mit h: Höhendifferenz, n: Anzahl Tröpfchen übereinander und D = Durchmesser eines Tröpfchens 3.
In einer beispielhaften Ausführungsform ergibt sich für n = 5 Tröpfchen 3 und einen Durchmesser je Tröpfchen von D = 25 pm eine Höhe h = 125 pm. Von diesen so gebildeten„Türme“ aus übereinander liegenden Tröpfchen 3 werden gemäß der digitalen Vorlagen eine Vielzahl nebeneinander, längs oder quer zur Vorschubrichtung aufgebracht, so dass sich eine Struktur aus einer Vielzahl von Tröpfchenkette und einzelnen Tröpfchenansammlungen auf dem Werkstück 1 ergeben. Dabei kann die Höhe der einzelen„Türme“ unterschiedlich sein, und zwar sowohl durch Variation der Anzahl der Tröpfchen 3 übereinander, als auch durch Variation des
Tröpfchenvolumens und damit der Tröpfchendurchmesser D.
Anschließend wird eine flüssige Grundschicht 2 aus einem UV-härtenden Acrylat- Material nach dem Stand der Technik aufgebracht, und zwar mit einer Schichtstärke von 120 pm. Die flüssige Grundschicht 2 wird mit Hilfe einer Gießmaschine
aufgebracht, bei der ein flüssiger Vorhang durch eine Schöpfwalze und eine Gießlippe erzeugt wird (vgl. 103 in Figur 6). Die Schichtstärke kann durch die Viskosität des Materials der flüssigen Grundschicht (hier UV-härtender Acrylatlack nach dem Stand der Technik), durch die Drehzahl der Schöpfwalze der Gießmaschine sowie durch die Vorschubgeschwindigkeit des Werkstückes 1 (hier HDF-Platte) beeinflusst und gesteuert werden. In der darauf folgenden UV-Station wird die flüssige Grundschicht 2 mittels UV-LED- Strahlern ausgehärtet.
Nach dem Erstarren und Fixieren der flüssigen Grundschicht werden die Tröpfchen 3 mit mechanischen Mitteln entfernt, oder alternativ durch die Erwärmung im
Fleißluftofen wieder verflüssigt und danach mit mechanischen Mitteln und/oder Absaugung entfernt.
In einer alternativen Ausführungsform werden die noch flüssigen Tröpfchen 3 durch den Auftrag eines Lösemittels und anschließende Absaugung des Lösemittels entfernt.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform ist das Material der Tröpfchen 3 so gewählt, dass es bei Bestrahlung mit UV-Strahlung beginnt zu schrumpfen. Damit verlieren die Tröpfchen 3 nach dem Fixieren der flüssigen Grundschicht 2 den Kontakt mit dieser, und können mit einfachen Mitteln abgesaugt werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Werkstück
2 Grundschicht
3 T röpfchen
100 Aufbringungseinheit
101 Auftragswalze
102 Gegendruckwalze
103 Gießmaschine
200 Abgabeeinheit
201 Digitaldruckkopf
300 Fixierungseinheit
301 UV-Lichtquelle
400 Einheit
401 Bürste
402 Wärmequelle
403 Absaugvorrichtung
410 Einheit
411 Schleifband
420 Einheit
421 Bürste
450 Einheit
500 Transporteinheit
600 Steuereinheit

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines
Werkstückes (1 ) mit folgenden Schritten:
- Aufbringen einer flüssigen Grundschicht (2) auf die Oberfläche des
Werkstückes (1 );
- Aufspritzen mindestens eines Tröpfchens (3) in die noch nicht erstarrte Grundschicht (2), wobei das mindestens eine Tröpfchen (3) in die Grundschicht (2) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, eindringt;
- Fixieren der Grundschicht (2);
- mindestens teilweises Entfernen des mindestens einen Tröpfchens (3).
2. Verfahren zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines
Werkstückes (1 ) mit folgenden Schritten:
- Aufspritzen mindestens eines Tröpfchens (3) auf die Oberfläche des
Werkstückes (1 );
- Aufbringen einer flüssigen Grundschicht (2) auf die Oberfläche des
Werkstückes (1 ), wobei die Grundschicht (2) das mindestens eine Tröpfchen (3) umfließt, vorzugsweise zumindest teilweise bedeckt;
- Fixieren der Grundschicht (2);
- mindestens teilweises Entfernen des mindestens einen Tröpfchens (3).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
das mindestens eine Tröpfchen (3) bei Kontakt mit dem Werkstück (1 ) und/oder mit der Grundschicht (2) erstarrt beziehungsweise einen festen Aggregatszustand annimmt und/oder wobei
das mindestens eine Tröpfchen (3) in einem separaten Schritt oder zusammen mit der Grundschicht (2) fixiert wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, wobei
durch das Aufspritzen des mindestens einen Tröpfchens (3) in die zuvor aufgetragene, flüssige Grundschicht (2) mindestens eine Vertiefung eingebracht wird, wobei die mindestens eine Vertiefung vorzugsweise durch das mindestens eine Tröpfchen (3) vollständig ausgefüllt wird, und/oder wobei sich die Schichtstärke der Grundschicht (2) an der Stelle, an der das mindestens eine Tröpfchen (3) aufgespritzt wurde, verändert.
5. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
mehrere Tröpfchen (3) am selben räumlichen Ort in der flüssigen Grundschicht (2) und/oder auf dem Werkstück (1 ) übereinander platziert werden, so dass sich vor dem Aufbringen und/oder vor dem Fixieren der Grundschicht (2) ein
zusammengesetztes Tröpfchen (3) ergibt.
6. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche 1 , oder 3 bis 5, wobei vor dem Aufspritzen des mindestens einen Tröpfchens (3) ein weiterer
Bearbeitungsschritt erfolgt, in dem eine Verfestigung der Grundschicht (2) insoweit erfolgt, dass die Grundschicht (2) eine höhere Viskosität als bei ihrem Auftrag auf das Werkstück (1 ) aufweist, jedoch noch nicht erstarrt ist.
7. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
das mindestens eine Tröpfchen (3) mit einer Temperatur von > 40 °C, bevorzugt > 60 °C, besonders bevorzugt > 90 °C, aufgespritzt wird und die flüssige Grundschicht (2) und/oder das Werkstück (1 ) eine Temperatur von < 40 °C, bevorzugt < 35°C, besonders bevorzugt < 30°C, aufweist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei
das Erstarren des mindestens einen Tröpfchens (3) bei Kontakt mit der
Grundschicht (2) und/oder mit dem Werkstück (1 ) innerhalb von weniger als 8
Sekunden, bevorzugt innerhalb von weniger als 3 Sekunden, besonders bevorzugt innerhalb von weniger als 0,5 Sekunden, erfolgt.
9. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
das mindestens teilweise Entfernen des mindestens einen Tröpfchens (3) mittels mechanischer, und/oder chemischer und/oder physikalischer Methoden erfolgt, wobei optional auch Material der Grundschicht (2) entfernt wird.
10. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei das mindestens eine Tröpfchen (3) mittels eines Lösemittels nach der Fixierung der Grundschicht (2) wieder verflüssigt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei
das mindestens eine erstarrte Tröpfchen (3) vor und/oder während des mindestens teilweisen Entfernens durch Wiedererwärmen zumindest teilweise verflüssigt wird, und so aus bzw. von der Grundschicht (2) entfernt wird.
12. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
das mindestens eine Tröpfchen (3) aus einem Material, vorzugsweise aus einem Acrylatgemisch, besteht, welches nicht durch UV-Strahlung zur Aushärtung, insbesondere zur Polymerisation, angeregt werden kann.
13. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
die flüssige Grundschicht (2) das mindestens eine Tröpfchen (3) derart umschließt, dass eine Öffnung in der Grundschicht (2) verbleibt, die eine geringere Fläche aufweist, als eine Projektion des mindestens einen Tröpfchens (3) senkrecht nach oben, oder dass die flüssige Grundschicht (2) das mindestens eine Tröpfchen (3) vollständig umschließt.
14. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
das mindestens teilweise Entfernen des mindestens einen Tröpfchens (3) durch ein erstes mechanisches Abtragen, vorzugsweise von 1 bis 50 pm, besonders bevorzugt von 5 bis 10 pm, der gehärteten Grundschicht (2), vorzugsweise mittels einer Schleifvorrichtung, optional gefolgt von einem mechanischen Ausbürsten des so freigelegten mindestens einen Tröpfchens (3), und/oder von einem thermischen Aufheizen und Absaugen des mindestens einen dann wieder verflüssigten Tröpfchens (3) durchgeführt wird.
15. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
die Grundschicht (2) derart fixiert wird, dass nach dem Fixieren der
Grundschicht (2) die Oberfläche der fixierten Grundschicht (2) durch das mindestens eine in der Grundschicht (2) verbliebene Tröpfchen (3) keine größeren Unebenheiten als max. 20 pm hat.
16. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüche, wobei
die Grundschicht (2) derart fixiert wird, dass ein Bereich, der das mindestens eine Tröpfchen (3) aufweist, gegenüber einem Bereich ohne aufgebrachte Tröpfchen (3) einen unterschiedlichen Härtegrad, vorzugsweise von mindestens einem Faktor 2, aufweist.
17. Verfahren nach einem der oben genannten Ansprüchen, wobei
das mindestens eine Tröpfchen (3) nach der Aushärtung bzw. Fixierung in der Grundschicht (2) einen anderen Glanzgrad als die fixierte Grundschicht (2) aufweist.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 17, wobei
das mindestens eine erstarrte bzw. gehärtete Tröpfchen (3) verglichen mit der gehärteten bzw. fixierten Grundschicht (2) elastischer bzw. weicher ist.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 18, wobei
das mindestens eine Tröpfchen (3) während es erstarrt bzw. fixiert wird, eine Volumenverringerung erfährt.
20. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei
das Verfahren zumindest sämtliche Schritte aus Anspruch 1 und 2 aufweist.
21. Vorrichtung zum Herstellen einer Struktur auf einer Oberfläche eines
Werkstückes (1 ), aufweisend:
- eine Aufbringungseinheit (100), die dazu ausgebildet ist, eine flüssige
Grundschicht (2) auf eine Oberfläche des Werkstückes (1 ) aufzubringen;
- eine Abgabeeinheit (200), die dazu ausgebildet ist, mindestens ein Tröpfchen (3) in die noch nicht erstarrte Grundschicht (2) und/oder auf die Oberfläche des Werkstückes (1 ) aufzuspritzen;
- eine Fixierungseinheit (300), die dazu ausgebildet ist, die flüssige
Grundschicht (2) zu fixieren; - eine Bearbeitungseinheit, die dazu ausgebildet ist, das mindestens eine Tröpfchen (3) mindestens teilweise zu entfernen;
- eine Steuereinheit (600), die dazu ausgebildet ist, die Vorrichtung
entsprechend dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20 zu steuern.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 , aufweisend:
- eine Transporteinheit (500), die dazu ausgebildet ist, das Werkstück (1 ) der Aufbringungseinheit (100), der Abgabeeinheit (200), der Fixierungseinheit (300) und der Bearbeitungseinheit zuzuführen, wobei die Transporteinheit (500) vorzugsweise ein Transportband aufweist.
23. Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, wobei
die Aufbringungseinheit (100) eine Auftragswalze (101 ), einen Digitaldruckkopf und/oder einen Digitaldüsenbalken aufweist, und/oder
die Abgabeeinheit (200) einen Digitaldruckkopf (201 ) und/oder einen
Digitaldüsenbalken aufweist, und/oder
die Fixierungseinheit (300) eine UV-Lichtquelle (301 ), eine Wärmequelle und/oder eine Strömungsquelle aufweist, und/oder
die Bearbeitungseinheit eine Bürste (401 ), eine Absaugvorrichtung, eine Abtragungsvorrichtung, eine Vorrichtung zur Abgabe einer Substanz auf die
Grundschicht (2) und/oder die Tröpfchen (3), die zur chemischen Reaktion mit der Grundschicht (2) und/oder mit den Tröpfchen (3) ausgebildet ist, und/oder eine Wärmequelle aufweist.
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