DE102008039660A1

DE102008039660A1 - Bedruckstoff bearbeitende Maschine und Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine

Info

Publication number: DE102008039660A1
Application number: DE102008039660A
Authority: DE
Inventors: Gerd Dr. Ing. Junghans; Robert Singer
Original assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Current assignee: Heidelberger Druckmaschinen AG
Priority date: 2007-09-06
Filing date: 2008-08-26
Publication date: 2009-03-12
Also published as: US20090068340A1; JP2009065168A

Abstract

Es wird eine Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) offenbart, die wenigstens eine Bearbeitungseinheit (18) umfasst, in welcher ein Bedruckstoff (44) in seiner Form oder durch Auftragen einer Druckfarbe auf seiner Oberfläche verändert wird, wobei der Bedruckstoff (44) einen Flächenbereich (46) aufweist, auf dem entweder sich eine elektrisch leitfähige Substanz befindet oder auf den eine elektrisch leitfähige Substanz durch eine Aufbringungseinheit (20) der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) aufgebracht wird. Die Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) umfasst auch eine Laserbearbeitungseinheit (22) zur Strukturierung der sich auf dem Bedruckstoff (44) befindenden elektrisch leitfähigen Substanz durch partielle Veränderung oder Entfernung der elektrisch leitfähigen Substanz mittels wenigstens eines fokussierten Laserstrahls. In einem entsprechenden Verfahren in der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) wird mittels wenigstens eines fokussierten Laserstrahls der Laserbearbeitungseinheit (22) die sich auf dem Bedruckstoff (44) befindenden elektrisch leitfähigen Substanz durch partielle Veränderung oder Entfernung der elektrisch leitfähigen Substanz strukturiert. Dabei sind Strukturgrößen unter 10 Mikrometer erreichbar.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bedruckstoff bearbeitende Maschine mit wenigstens einer Bearbeitungseinheit, in welcher ein Bedruckstoff in seiner Form oder durch Auftragen einer Druckfarbe auf seiner Oberfläche verändert wird, wobei der Bedruckstoff einen Flächenbereich aufweist, auf dem entweder sich eine elektrisch leitfähige Substanz befindet oder auf den eine elektrisch leitfähige Substanz durch eine Aufbringungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine aufgebracht wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine, zur Strukturierung eines Flächenbereichs eines Bedruckstoff, auf dem entweder sich eine elektrisch leitfähige Substanz befindet oder auf den eine elektrisch leitfähige Substanz durch eine Aufbringungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine aufgebracht wird, wobei im Verfahren ein Bedruckstoff mit wenigstens einer Bearbeitungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine in seiner Form oder durch Auftragen einer Druckfarbe auf seiner Oberfläche verändert wird.
Eine Vielzahl von Druckprodukten, insbesondere Verpackungen oder Etiketten, wird heute aus verschiedenen Gründen, sei es aufgrund einer vereinfachten Logistik oder einer erhöhten Straftratprävention, mit Datenträgern in Form von elektrischen Schaltkreisen, beispielsweise RFID-tags (radio frequency identification tag), Transponder, Smart Labels, Speicherelemente oder Chips, als berührungslose Identifikationsmerkmale versehen. In diesem Zusammenhang werden Bestrebungen unternommen, zumindest die für eine berührungslose Kommunikation der elektrischen Schaltkreise mit einer Ein- oder Auslesevorrichtung erforderlichen Antennenstrukturen aus einer elektrisch leitfähigen Substanz in einem Druckverfahren auf dem Druckprodukt, genauer auf einem Bedruckstoff, aufzubringen.
Wege zur drucktechnischen Herstellung von RFID-Etiketten, insbesondere in Druckverfahren mit einer Druckform (auch als Master bezeichnet), werden beispielsweise im Dokument WO 2005/013189A2 beschrieben. Beispielsweise aus dem Dokument DE 10 2005 026 127 A1 ist des Weiteren eine Bogendruckmaschine bekannt, in welcher RFID- Transponder, insbesondere deren Antennen, auf einem Bedruckstoff aufgebracht werden. Insbesondere werden die Antennen gedruckt. Eine Eigenschaft oder ein Merkmal des RFID-Transponders, beispielsweise die Form der elektrischen Leiterbahnen, wird ebenso wie die optischen Eigenschaften des gesamten Druckerzeugnisses in der Maschine (inline) überprüft.
Während in Massenvervielfältigungsverfahren wie einem Druckverfahren mit Druckform idealerweise identische Kopien hergestellt werden, sind jedoch für bestimmte Anwendungen individualisierte elektrische Schaltkreise gewünscht. Im Dokument DE 10 2005 002 150 A1 , in welchem die Herstellung von Speicherelementen in Form von gedruckten Sequenzen aus leitenden Linien erfolgt, wird in einem Aspekt vorgeschlagen, dass mechanisch, thermisch oder bevorzugt elektrisch Unterbrechungen der Linien erzeugt werden. Zur Erleichterung dieses Unterbrechungsvorgangs mittels einer Strombeaufschlagung durch ein Schreib-Lese-Gerät sind Engstellen in den einzelnen Linien vorgesehen.
In geläufigen Druckverfahren werden reproduzierbar nur Strukturen von circa 30 bis 100 Mikrometern erreicht. Die minimale Strukturgröße beim Offsetdruck beträgt beispielsweise 20 Mikrometer. In Konsequenz sind nur niedrige Frequenzen direkt gedruckter Schwingkreise erreichbar. Für typische RFID Anwendungen werden aber höhere Frequenzen benötigt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die drucktechnischen Möglichkeiten für in einem Flächenbereich mit einer elektrisch leitfähigen Substanz versehene Bedruckstoffe zu erweitern oder zu ergänzen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bedruckstoff bearbeitende Maschine mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 und/oder ein Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitende Maschine gemäß Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen charakterisiert.
Eine erfindungsgemäße Bedruckstoff bearbeitende Maschine umfasst wenigstens eine Bearbeitungseinheit, in welcher ein Bedruckstoff in seiner Form oder durch Auftragen einer Druckfarbe auf seiner Oberfläche verändert wird. Dabei weist der Bedruckstoff wenigstens einen Flächenbereich auf, auf dem entweder sich eine elektrisch leitfähige Substanz befindet oder auf den eine elektrisch leitfähige Substanz durch eine Aufbringungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine aufgebracht wird. Die erfindungsgemäße Bedruckstoffbearbeitende Maschine umfasst auch eine Laserbearbeitungseinheit zur Strukturierung der sich auf dem Bedruckstoff befindenden elektrisch leitfähigen Substanz durch wenigstens partielle Veränderung oder Entfernung der elektrisch leitfähigen Substanz mittels wenigstens eines fokussierten Laserstrahls eines Lasers.
Die Erfindung ermöglicht eine Strukturierung druckbarer elektrischer Schaltungen oder Elektronik, insbesondere Polymerelektronik, oder eine Strukturierung von gedruckten Rohlingen (oder Vorläufern) zu elektrischen Schaltungen oder Elektronik mit einem Laser in der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (inline), insbesondere durch Nachbearbeitung mit einem Laser. Gedruckte elektrische Schaltungen, Elektronik, insbesondere Polymerelektronik, oder deren Rohlinge werden durch einen Laser, welcher die gedruckte elektrisch leitfähige Substanz teilweise verändert oder entfernt, mit dem Ziel einer Feinstrukturierung oder einer Individualisierung, beispielsweise für RFID-Anwendungen, nachbearbeitet.
Der Flächenbereich kann eine unstrukturierte geometrische Form mit geraden oder gekrümmten Rändern aufweisen oder bereits eine Struktur, beispielsweise Einschnitte, Trennungen in Teilbereiche oder Einschlüsse, welche keine elektrisch leitfähige Substanz tragen, aufweisen. Der Flächenbereich kann einfach-zusammenhängend sein. Die elektrisch leitfähige Substanz kann bereits eine elektrische Schaltung darstellen.
In bestimmten Ausführungsformen, insbesondere beim Inkjetdruck, kann die Druckfarbe auch eine Tinte sein. Die elektrisch leitfähige Substanz kann eine elektrisch leitfähige Druckfarbe sein. Die elektrisch leitfähige Substanz kann ein einzelner Stoff oder ein Verbund aus mehreren verschiedenen Stoffen sein. Die elektrisch leitfähige Substanz kann sich insbesondere nach Einwirkung der Bearbeitungseinheit auf dem Bedruckstoff befinden. Die partielle Veränderung oder Entfernung findet ortabhängig oder positionsabhängig innerhalb des Flächenbereichs statt. Der Bedruckstoff kann insbesondere Papier, Pappe, Karton oder organische Polymerfolie sein. Die Bedruckstoff bearbeitende Maschine kann eine Druckereimaschine sein. Das Laserlicht kann insbesondere eine Wellenlänge im infraroten Spektralbereich, bevorzugt zwischen 800 nm und 1600 nm, aufweisen.
Der oder die Flächenbereiche mit der elektrisch leitfähigen Substanz können insbesondere nur Teilflächen einer gedruckten Verpackung oder eines Etiketts sein.
In besonders vorteilhafter Weise sind erfindungsgemäß mit einem Laser Strukturgrößen unter 10 Mikrometer, insbesondere unter 5 Mikrometern, zwischen 5 und 1 Mikrometer erreichbar. Damit sind wesentlich feinere Strukturen herstellbar, als es unter Anwendung herkömmlicher Drucktechnik möglich ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist in der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine der Laser der Laserbearbeitungseinheit relativ zum Bedruckstoff positionierbar. Insbesondere können die Position des Lasers und/oder die Lage des Flächenbereichs der elektrisch leitfähigen Substanz anhand einer Lageerkennungseinheit detektierbar und mit einer Steuerungseinheit regelbar sein. Mit anderen Worten, die erfindungsgemäße Bedruckstoff bearbeitende Maschine umfasst eine Passerregelung für die Laserbearbeitungseinheit, so dass eine passgenaue inline Bearbeitung der gedruckten elektrisch leitfähigen Substanz, insbesondere der gedruckten Elektronik, mit dem oder den Laser durchgeführt werden kann.
Durch die erfindungsgemäße Bedruckstoff bearbeitende Maschine kann der Bedruckstoff mittels wenigstens einer Transportvorrichtung entlang eines Pfades durch die Bedruckstoff bearbeitende Maschine, beispielsweise über Transporttrommeln für den Fall von bogenförmigen Bedruckstoffen oder über Transportwalzen für den Fall von bahnförmigen Bedruckstoffen, bewegbar sein. Die Laserbearbeitungseinheit kann der Bearbeitungseinheit entlang eines Pfades durch die Bedruckstoff bearbeitende Maschine nachgeordnet angeordnet sein.
In einer ersten Gruppe von Ausführungsformen kann die Laserbearbeitungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine eine Mehrzahl von Lasermodulen umfassen, welche in lateraler Richtung zur Transportrichtung des Bedruckstoffs durch die Bedruckstoff bearbeitende Maschine bewegbar sind.
In einer zweiten Gruppe von Ausführungsformen kann die Laserbearbeitungseinheit der Bedruckstoff bearbeitende Maschine eine Mehrzahl von Laser aufweist, deren Lichtstrahlen in voller genutzter Breite in lateraler Richtung auf den Bedruckstoff auftreffen. In leichter Abwandlung kann auch eine Laserbearbeitungseinheit eine Anordnung aufweisen, welche die Nutzung einer maximalen Breite für elektrische Schaltungen ermöglicht, wobei diese maximale Breite von der maximalen Breite des Farbdrucks verschieden ist. In dieser Gruppe liegt ebenfalls eine Anordnung, bei der links und rechts neben der Standard- oder Soll-Position für die Bearbeitung noch weiter Laser zur Verfügung stehen, so dass durch Auswahl der zu benutzenden Laser die Position verschoben werden kann.
In vorteilhaft weiterentwickelten Ausführungsformen kann die erfindungsgemäße Laserbearbeitungseinheit einen Autofokus zur Einstellung der Fokuslage des wenigstens einen Laserstrahls aufweisen. Auf diese Weise kann gezielt eine Veränderung oder Entfernung in der Tiefe der sich auf dem Bedruckstoff befindenden elektrisch leitfähigen Substanz erfolgen. Insbesondere ermöglicht diese Vorkehrung eine gezielte Strukturierung mehrlagiger Schichten von elektrisch leitfähigen Substanzen.
Des Weiteren kann die erfindungemäße Bedruckstoff bearbeitende Maschine die folgenden Merkmale aufweisen:
Die Laserbearbeitungseinheit kann eine Mehrzahl von einzeln ansteuerbaren Laser umfassen. Der oder die Laser können Diodenlaser, Diodenlaserbarren, Festkörperlaser oder Faserlaser sein. Der wenigstens eine Laser kann ein Singlemode-Laser oder ein Multimode-Laser sein.
Die Aufbringungseinheit für die elektrisch leitfähige Substanz kann ein Druckwerk oder ein Lackwerk sein, so dass insbesondere die elektrisch leitfähige Substanz direkt auf den Bedruckstoff aufgetragen werden kann. Alternativ dazu kann die Aufbringungseinheit eine Spendevorrichtung oder eine Etikettiervorrichtung sein, wenn sich die elektrisch leitfähige Substanz insbesondere auf einem Träger befindet, welcher auf dem Bedruckstoff befestigt wird. Mit anderen Worten, der Druck der elektrischen Schaltungen oder Elektronik, insbesondere Polymerelektronik, kann innerhalb der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine erfolgen, in welcher auch die Laserbearbeitung stattfindet oder der Druck kann in einer dem Herstellungsprozess vorgelagerten Maschine erfolgen, so dass die Rohlinge in die Bedruckstoff bearbeitenden Maschine, in welcher die Laserbearbeitung erfolgt, eingebracht werden.
Die elektrisch leitfähige Substanz kann ein thermisch sensibles (leitfähiges) Polymer sein. Das Polymer kann organisch sein. Die elektrisch leitfähige Substanz kann verdruckbar sein. Anders ausgedrückt, die Substanz kann vor Auftragung auf dem Bedruckstoff pastös, fluid oder flüssig sein. Alternativ dazu kann sich die elektrisch leitfähige Substanz auf einem Trägersubstrat, beispielsweise einer Polyesterfolie, oder einem Elektronikchip befinden. Der Elektronikchip kann konventionell hergestellt sein.
Eine erste Klasse von erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitenden Maschinen wird von Druckmaschinen gebildet, Mit anderen Worten, die Bedruckstoff bearbeitende Maschine kann eine Druckmaschine sein. Insbesondere kann die Druckmaschine eine Bogendruckmaschine, eine Rotationsdruckmaschine, eine Mehrfarbdruckmaschine, eine Offsetdruckmaschine, eine Flexodruckmaschine, eine Tiefdruckmaschine oder eine Kombinationsdruckmaschine sein. In besonderen Ausführungsformen kann die Druckmaschine wenigstens ein Druckwerk aufweisen, welches zwischen wenigstens zwei verschiedenen Druckverfahren aus der Gruppe der Druckverfahren Offsetdruck, Flexodruck, Tiefdruck, Siebdruck, Xerographie, Tintentropfendruck (drop-on-demand inkjet) und Buchdruck umrüstbar ist. Die Druckmaschine kann geeignet oder optimiert für den Verpackungsdruck sein. Die Bedruckstoff bearbeitende Maschine, insbesondere die Druckmaschine, kann eine Etikettendruckmaschine sein. Die Etikettendruckmaschine kann eine Rollendruckmaschine zur Bearbeitung von Schmalbahnen sein.
Eine zweite Klasse von erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitende Maschinen wird von Weiterverarbeitungsmaschinen (post press, Druckweiterverarbeitungsmaschinen, Buchbindereimaschinen) gebildet. Mit anderen Worten, die Bedruckstoff bearbeitende Maschine kann eine Weiterverarbeitungsmaschine sein. Insbesondere kann die Weiterverarbeitungsmaschine eine Falzmaschine, ein Sammelhefter, ein Klebebinder, eine Fadensiegelmaschine, eine Stanze, eine Stapelmaschine oder eine Faltschachtelklebemaschine sein.
Im Zusammenhang des erfinderischen Gedankens steht auch ein in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine durchgeführtes Verfahren, insbesondere in einer erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitenden Maschine. Das erfindungsgemäße Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine, dient zur oder ist geeignet für die Strukturierung eines Flächenbereichs eines Bedruckstoff, auf dem entweder sich eine elektrisch leitfähige Substanz befindet oder auf den eine elektrisch leitfähige Substanz durch eine Aufbringungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine aufgebracht wird. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Bedruckstoff mit wenigstens einer Bearbeitungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine in seiner Form oder durch Auftragen einer Druckfarbe auf seiner Oberfläche verändert. Mittels wenigstens eines fokussierten Laserstrahls eines Lasers einer Laserbearbeitungseinheit der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine wird die sich auf dem Bedruckstoff befindende elektrisch leitfähige Substanz durch wenigstens partielle Veränderung oder Entfernung der elektrisch leitfähigen Substanz strukturiert.
Im erfindungsgemäßen Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine kann eine Feinstruktur mit Abmessungen unter 6 Mikrometern erzeugt werden. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann durch die Strukturierung eine Antenne für einen RFID-Transponder erzeugt werden. In analoger Weise können auch Strukturen geschaffen werden, welche Kapazitäten, Induktivitäten, Transistoren oder andere elektronische Schaltungselemente darstellen.
In besonderen Ausführungsformen des Verfahrens wird eine dreidimensionale Strukturierung in übereinander liegenden Schichten elektrisch leitfähiger Substanzen durchgeführt, indem die Fokuslage des Laserstrahls eingestellt wird. Die Position des Lasers und/oder die Lage des Flächenbereichs mit der elektrisch leitfähigen Substanz kann in vorteilhafter Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand einer Lageerkennungseinheit detektiert und mit einer Steuerungseinheit geregelt werden.
Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens bezieht sich auf eine Individualisierung von gedruckter Elektronik, elektrischen Schaltkreisen oder deren Rohlingen. Mittels einer Steuerungseinheit wird die Laserbearbeitungseinheit derart angesteuert, dass auf einzelnen Flächenbereichen einer Mehrzahl von Flächenbereichen mit der elektrisch leitfähigen Substanz auf dem Bedruckstoff jeweils zueinander unterschiedliche Strukturen erzeugt werden, so dass eine nicht reversible und/oder nicht mehr manipulierbare Individualisierung einzelner Flächenbereiche auf dem Bedruckstoff für einzelne Druckexemplare bewirkt wird. Durch Laserlicht wird eine nicht reversible und/oder nicht mehr manipulierbare Individualisierung von Elektronikschaltungen auf Druckprodukten vorgenommen. Auf diese Weise können beispielsweise individualiserte RFID-Transponder oder Etiketten hergestellt werden. Elektronische Schaltungen lassen sich personalisieren. Beispielsweise können Informationen über das Datum, eine Teilenummer, eine Seriennummer, eine Charge oder dergleichen eingebracht werden.
Die in dieser Darstellung beschriebenen Merkmale der erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitende Maschine und des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Bedruckstoff bearbeitende Maschine können jeweils einzeln und unabhängig voneinander oder in Kombination verwirklich sein.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung werden anhand in der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren dargestellt. Es zeigt im Einzelnen:
1 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitenden Maschine in Form einer Bogendruckmaschine,
2 eine schematische Aufsicht auf eine Laserbearbeitungseinheit der in 1 gezeigten Ausführungsform einer Bogendruckmaschine,
3 eine Darstellung eines Flächenbereichs mit einer elektrisch leitfähigen Substanz vor und nach der Bearbeitung durch einen Laser, und
4 eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitenden Maschine in Form eines Sammelhefters.
Die 1 zeigt eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitenden Maschine 10 in Form einer Druckmaschine, genauer einer Bogendruckmaschine. Die Druckmaschine 10 weist einen Anleger 12 für einen Stapel von Bogen von Bedruckstoff, hier insbesondere Karton, eine Mehrzahl von Druckwerken 14 und einen Ausleger 16 auf. Die vier ersten Druckwerke 14 dienen als Bearbeitungseinheiten 18: Es kann ein Vierfarbdruck (Standardfarben CMYK) für Verpackungen realisiert werden.
Die vier sich anschließenden Druckwerke 14 dienen als Aufbringungseinheiten 20: Mit Hilfe jedes dieser Druckwerke 14 kann eine Schicht einer elektrisch leitfähigen Substanz aufgebracht werden. Die Aufbringung kann ausgehend von einer mit der elektrisch leitfähigen Substanz benetzten, auf einem Druckformzylinder 28 aufgenommenen Druckform erfolgen. Das Druckbild der elektrisch leitfähigen Substanz wird über eienn Umdruckzylinder 26 in einem mit einem Gegendruckzylinder 24 gebildeten Druckspalt auf einen Bedruckstoff, welcher auf dem Gegendruckzylinder 24 transportiert wird, übertragen. Werden mit der Druckmaschine 10 in einem Druckarbeitsgang mehrere Nutzen (Druckprodukte pro Bogen) von Verpackungen auf einem Bogen hergestellt, so ist vorgesehen, dass jedem Nutzen wenigstens ein Flächenbereich mit der elektrisch leitfähigen Substanz zugeordnet wird. Dem Druckspalt nachgeordnet befindet sich in jedem als Aufbringungseinheit 18 fungierenden Druckwerk 14 eine Laserbearbeitungseinheit 22, deren Laserlicht auf einen Bedruckstoffbogen, welcher auf dem Gegendruckzylinder 24 an der Laserbearbeitungseinheit 22 vorbei transportiert wird, trifft. Nach Aufbringen einer Schicht der elektrisch leitfähigen Substanz kann eine partielle Veränderung oder Entfernung mittels des auf Positionen innerhalb des Flächenbereichs fokussierten Laserlichts erfolgen. Die partielle Veränderung oder Entfernung der Substanz kann durch Verdampfen in Teilbereichen des Flächenbereichs erfolgen. Bei gewissen elektrisch leitrfähigen Substanzen in Form von thermisch sensiblen Polymeren können sich auch die elektrischen Eigenschaften durch die thermische Einwirkung des Laserlichts ändern, insbesondere kann in belichteten Teilbereichen das Polymer nicht leitfähig, also ein Isolator werden. In einer auf eine Aufbringungseinheit 20 folgenden weiteren Aufbringungseinheit 20 kann auf denselben Flächenbereich eine weitere Schicht einer elektrisch leitenden Substanz aufgetragen und mittels der dem Druckspalt nachfolgenden Laserbearbeitungseinheit 22 wenigstens partiell verändert oder entfernt werden. Auf diese Weise kann eine mehrschichtige, dreidimensionale Struktur einer elektrisch leitfähigen Substanz auf dem Druckprodukt, hier im konkreten Beispiel der 1 vier Schichten, erzeugt werden. In den einzelnen Aufbringungseinheiten 20 können unterschiedliche elektrisch leitfähige oder dieselben elektrisch leitfähigen Substanzen auf den Bedruckstoff übertragen werden.
Auf Verpackungen oder Etiketten nehmen in typischen Anwendungen gedruckte elektrische Schaltungen nur einen Teil der konventionell mit Druckfarben bunt zu druckenden Fläche ein. Aus diesem Grunde ist vorgesehen, dass die Laserbearbeitungseinheit 22 eine Mehrzahl von Laser aufweist und die einzelnen Laserstrahlen entsprechend der Anordnung der gedruckten elektrischen Schaltungen, der Flächenbereiche mit elektrisch leitfähiger Substanz, insbesondere entsprechend der Nutzenanordnung positionierbar sind (siehe dazu auch die 2).
Jeder Laserbearbeitungseinheit 22 ist eine Lageerkennungseinheit 30 zugeordnet. Es wird die Position der bereits gedruckten Schichten und/oder des Bearbeitungsergebnisses durch die Lasereinwirkung detektiert. Die Lageerkennungseinheit 30 kann beispielsweise als Sensor oder Detektor ein CCD-Array oder ein CMOS-Array aufweisen. Es ist eine Regelstrecke aufgebaut, welche zumindest (gegenüber der Maschinengeschwindigkeit) langsame Lageänderungen nachregeln kann: Diese Messdaten werden einer Steuerungseinheit 32 zugeleitet. Eine Ansteuerung der Laserbearbeitungseinheiten 22, insbesondere der Positionierung der Laserbearbeitungseinheiten 22 erfolgt ausgehend von der Steuerungseinheit 32, um eine hinreichend exakte Passgenauigkeit der verschiedenen Lagen der elektrisch leitfähigen Substanz und/oder der Bearbeitungsmuster der Laserbearbeitungseinheiten 22 zu bewirken. Auch kann eine Kontrolle der durchgeführten Bearbeitungsschritte vorgenommen werden. Es erfolgt auch ein Abgleich und gegebenenfalls eine Korrektur im Hinblick auf das Register der vorangehenden, in der Druckmaschine 10 in den ersten vier Druckwerken 14 durchgeführten Farbdrucks.
Alternativ zu der in der 1 gezeigten Situation, dass jeder Aufbringungseinheit 20 eine Laserbearbeitungseinheit 22 zugeordnet ist, welche die Bearbeitung oder Nachbearbeitung der in der Aufbringungseinheit 20 aufgebrachten Schicht vornimmt, ist in einer anderen Ausführungsform eine Laserbearbeitungseinheit 22 derart vorgesehen, dass eine Variation der Fokuslage des oder der Laserstrahlen in der Tiefe einer mehrlagigen Schicht möglich ist. Auf diese Weise können einzelne Schichten in der mehrlagigen Anordnung von elektrisch leitfähigen Substanzschichten einzeln bearbeitet werden, ohne darunter oder darüber liegende Schichten zu beeinflussen. Mittels eines Autofokus kann die Fokuslage eingestellt werden. Es sind Auflösungen von ±20 Mikrometern erreichbar. Für derartige Ausführungsformen sind Multimode-Laser aufgrund ihrer geringen Schärfentiere besonders geeignet.
Die 2 ist eine schematische Aufsicht auf eine Laserbearbeitungseinheit 22 einer Aufbringungseinheit 20 der in 1 gezeigten Ausführungsform einer Druckmaschine 10 zur Bearbeitung von Bedruckstoffbogen. Die Laserbearbeitungseinheit 22 weist in dieser Ausführung vier Lasermodule 34 auf einer Traverse auf, welche einzeln und unabhängig voneinander mittels einer Translationsaktorik 36, z. B. Spindeln oder Linearmotoren, durch eine Antriebseinheit 38 in lateraler Richtung 40, senkrecht zur Transportrichtung 42 eines Bedruckstoffes 44 durch die Druckmaschine 10 innerhalb von bestimmten Grenzen bewegbar und positionierbar sind. Wie bereits erläutert, wird die Position der gedruckten Elektronik auf dem Bedruckstoff 44 sensorisch erfasst, so dass eine Regelung der Laserstrahlposition zur Minimierung oder Vermeidung von Passerfehlern mittels der Steuerungseinheit 32 erfolgt. In der 2 ist ein Bogen Bedruckstoff 44 auf dem Gegendruckzylinder 26 gezeigt, welcher in Transportrichtung 42 an der Laserbearbeitungseinheit 22 vorbei bewegt wird. Auf dem Bedruckstoff 44 sind vier Flächenbereiche 46 mit elektrisch leitfähiger Substanz aufgedruckt, die durch das von den Lasermodulen 34 emittierte Laserlicht bearbeitet werden. Die Positionen der Lasermodule 34 werden jeweils auf die Positionen der Flächenbereiche 46, welche beispielsweise durch die Anordnung der Nutzen auf dem Bogen bestimmt ist, abgeglichen. In dieser Ausführungsform weist jedes Lasermodul 34 einen Laserdiodenbarren 48 mit einzeln ansteuerbaren Diodenlasern als unabhängige Lichtquellen auf. Die Bildpunkte der einzelnen Diodenlaser der Laserdiodenbarren 48 können dicht aneinander liegend in einer Reihe im Wesentlichen parallel zur lateralen Richtung 40 auf die Oberfläche des Bedruckstoffs 44 projiziert werden.
Die 3 stellt einen Flächenbereich 46 mit einer elektrisch leitfähigen Substanz im linken Teilbild A vor und im rechten Teilbild B nach der erfindungsgemäßen Bearbeitung durch einen Laser dar. Die Erfindung ermöglicht die Nachbearbeitung einer grob gedruckten Struktur in eine feine Struktur. Beispielsweise wird für einen Schwingkreis eine Induktivität benötigt, welche herkömmlich in Form einer mäanderförmig ausgeführten Leiterbahn gedruckt werden kann. Ein erfindungsgemäßer flächiger Druck stellt wesentlich geringe Anforderungen an die Druckauflösung und/oder die verwendete verdruckbare elektrisch leitfähige Substanz. Es kann daher ein großer Flächenbereich 46 (Teilbild A) auf den Bedruckstoff aufgedruckt werden. Dieser große Flächenbereich 46 wird anschließend mit einem Laserstrahl strukturiert, indem Einschnitte in den Flächenbereich 46 eingebracht werden (Teilbild B). Eine mäanderförmig verlaufende Leiterbahn mit feineren Strukturen als im direkten Druck kann auf diese erfindungsgemäße Weise hergestellt werden.
Auch eine Kapazität, insbesondere eines Schwingkreises, kann zur exakten, individuellen Abstimmung mittels einer Laserbearbeitung eingestellt werden. Zum einen kann die Fläche der Elektroden der Kapazität mit dem erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren genauer eingestellt werden, als dieses durch direkten Druck erreichbar ist. Zum anderen ist es auch möglich, die Elektroden eines Kondensators mit mehreren Teilflächen herzustellen und die Kapazität durch Abtrennen von Teilflächen auf einen exakten Wert einzustellen.
Analog kann für Transistoren oder ähnliche elektronische Bauelemente vorgegangen werden. Zusätzlich kommt hierbei in der Regel noch der Aspekt der Dreidimensionalität durch übereinanderliegende Schichten hinzu. Durch ein gezieltes Auftrennen von Verbindungen oder Zerstören einzelner Zellen ist ein Versionieren oder Personalisieren der Schaltung möglich.
In der 4 bezieht sich schematisch auf eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Bedruckstoff bearbeitenden Maschine in Form eines Sammelhefters 52. In einem Sammelhefter 52, einer Weiterverarbeitungsmaschine, werden eine Mehrzahl von bedruckten Falzbogen zu einem mehrseitigen Druckprodukt, beispielsweise einer Broschüre oder einem Magazin zusammengetragen, geheftet, beschnitten und stapelfömig oder schuppenförmig ausgelegt. Ausgehend von einer Mehrzahl von Falzbogenanlegern 54 werden Falzbogen vereinzelt und sattelartig übereinander auf einer Sammelkette abgelegt. Die Sammelkette transportiert das mehrseitig ineinander gelegte Druckprodukt zu einer Heftstation 56, in welcher die einzelnen Seiten mittels einer Klammerheftung miteinander verbunden werden. Von der Sammelkette werden die Druckprodukte durch ein Auswurfschwert abgehoben und gelangen in einen Bändertransportabschnitt, welcher sie zu einer Schneideinrichtung 58 zum Trimmen der Ränder der Druckprodukte befördert. Schließlich gelangen die beschnittenen Druckprodukte in eine Stapelbildungseinheit 60.
Erfindungsgemäß weist der Sammelhefter 52 in seinem Bändertransportabschnitt zwischen Heftstation 52 und Schneideinrichtung 58, welche Bearbeitungseinheiten in dieser Ausführungsform der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine sind, eine Laserbearbeitungseinheit 22 auf. Ein Flächenbereich 46 mit elektrisch leitfähiger Substanz auf der Außenseite des Mantelbogens des zusammengetragenen und gehefteten Druckprodukts wird mittels Laserlicht erfindungsgemäß fein strukturiert. Auf diese Weise ist ähnlich einem gedruckten Barcode oder einem aufgebrachten RFID-Transponder auf der Außenseite des Druckprodukts ein Informationsträger herstellbar. Der Sammelhefter 52 verfügt des Weiteren über eine der Laserbearbeitungseinheit 22 nachgeordnete Lageerkennungseinheit 30 auf, welche eine messtechnische Erfassung von Positionierungsabweichungen der Laserbearbeitungseinheit 22 anhand der Detektion des Bearbeitungsergebnisses auf dem Druckprodukt ermöglicht. Die Messdaten werden in einer Steuerungseinheit 32 verarbeitet, welche die Laserbearbeitungseinheit 22 regelnd ansteuert, so dass auf die Lage der von der Laserbearbeitungseinheit 22 emittierten Laserstrahlen zur Verringerung oder Vermeidung von Registerungenauigkeiten eingewirkt wird.

10: Bedruckstoff bearbeitende Maschine, Druckmaschine
12: Anleger
14: Druckwerke
16: Ausleger
18: Bearbeitungseinheit
20: Aufbringungseinheit
22: Laserbearbeitungseinheit
24: Gegendruckzylinder
26: Druckformzylinder
28: Umdruckzylinder
30: Lageerkennungseinheit
32: Steuerungseinheit
34: Lasermodul
36: Translationsaktorik
38: Antriebseinheit
40: laterale Richtung
42: Transportrichtung
44: Bedruckstoff
46: Flächenbereich
48: Laserdiodenbarren
50: Einschnitte
52: Bedruckstoff bearbeitende Maschine, Sammelhefter
54: Falzbogenanleger
56: Heftstation
58: Schneideinrichtung
60: Stapelbildungseinheit

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2005/013189 A2 [0003]
- DE 102005026127 A1 [0003]
- DE 102005002150 A1 [0004]

Claims

Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) mit wenigstens einer Bearbeitungseinheit (18), in welcher ein Bedruckstoff (44) in seiner Form oder durch Auftragen einer Druckfarbe auf seiner Oberfläche verändert wird, wobei der Bedruckstoff (44) einen Flächenbereich (46) aufweist, auf dem entweder sich eine elektrisch leitfähige Substanz befindet oder auf den eine elektrisch leitfähige Substanz durch eine Aufbringungseinheit (20) der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) aufgebracht wird, gekennzeichnet durch eine Laserbearbeitungseinheit (22) zur Strukturierung der sich auf dem Bedruckstoff (44) befindenden elektrisch leitfähigen Substanz durch wenigstens partielle Veränderung oder Entfernung der elektrisch leitfähigen Substanz mittels wenigstens eines fokussierten Laserstrahls eines Lasers.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser der Laserbearbeitungseinheit (22) relativ zum Bedruckstoff (44) positionierbar ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Lasers und/oder die Lage des Flächenbereichs (46) der elektrisch leitfähigen Substanz anhand einer Lageerkennungseinheit (30) detektierbar und mit einer Steuerungseinheit (32) regelbar ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Bedruckstoff (44) mittels wenigstens einer Transportvorrichtung entlang eines Pfades durch die Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) bewegbar ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit (22) der Bearbeitungseinheit (18) entlang eines Pfades durch die Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) nachgeordnet angeordnet ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit eine Mehrzahl von Lasermodulen umfasst, welche in lateraler Richtung (40) zur Transportrichtung (42) des Bedruckstoffs (44) durch die Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) bewegbar sind.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit (22) eine Mehrzahl von Laser aufweist, deren Lichtstrahlen in voller genutzter Breite in lateraler Richtung (40) auf den Bedruckstoff (44) auftreffen.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit (22) einen Autofokus zur Einstellung der Fokuslage des wenigstens einen Laserstrahls aufweist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Laserbearbeitungseinheit (22) eine Mehrzahl von einzeln ansteuerbaren Laser aufweist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Laser Diodenlaser, Diodenlaserbarren, Festkörperlaser oder Faserlaser sind.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Laser ein Singlemode-Laser oder ein Multimode-Laser ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringungseinheit (18) ein Druckwerk (14) oder ein Lackwerk ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufbringungseinheit (18) eine Spendevorrichtung oder eine Etikettiervorrichtung ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Substanz ein thermisch sensibles Polymer ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähige Substanz verdruckbar ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die elektrisch leitfähige Substanz auf einem Trägersubstrat oder einem Elektronikchip befindet.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) eine Druckmaschine ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmaschine eine Bogendruckmaschine, eine Rotationsdruckmaschine, eine Mehrfarbdruckmaschine, eine Offsetdruckmaschine, eine Flexodruckmaschine, eine Tiefdruckmaschine oder eine Kombinationsdruckmaschine ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmaschine wenigstens ein Druckwerk aufweist, welches zwischen wenigstens zwei verschiedenen Druckverfahren aus der Gruppe der Druckverfahren Offsetdruck, Flexodruck, Tiefdruck, Siebdruck, Xerographie, Tintentropfendruck (drop-on-demand inkjet) und Buchdruck umrüstbar ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) eine Etikettendruckmaschine ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Etikettendruckmaschine eine Rollendruckmaschine zur Bearbeitung von Schmalbahnen ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) eine Weiterverarbeitungsmaschine ist.
Bedruckstoff bearbeitende Maschine (10, 52) gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Weiterverarbeitungsmaschine eine Falzmaschine, ein Sammelhefter (52), ein Klebebinder, eine Fadensiegelmaschine oder eine Faltschachtelklebemaschine ist.
Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52), zur Strukturierung eines Flächenbereichs (46) eines Bedruckstoff (44), auf dem entweder sich eine elektrisch leitfähige Substanz befindet oder auf den eine elektrisch leitfähige Substanz durch eine Aufbringungseinheit (20) der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) aufgebracht wird, wobei im Verfahren ein Bedruckstoff (44) mit wenigstens einer Bearbeitungseinheit (18) der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) in seiner Form oder durch Auftragen einer Druckfarbe auf seiner Oberfläche verändert wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels wenigstens eines fokussierten Laserstrahls eines Lasers einer Laserbearbeitungseinheit (22) der Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) die sich auf dem Bedruckstoff (44) befindenden elektrisch leitfähigen Substanz durch wenigstens partielle Veränderung oder Entfernung der elektrisch leitfähigen Substanz strukturiert wird.
Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) gemäß Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feinstruktur mit Abmessungen unter 6 Mikrometern erzeugt wird.
Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strukturierung eine Antenne für einen RFID-Transponder erzeugt wird.
Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Strukturierung eine Kapazität, eine Induktivität oder ein Transistor erzeugt wird.
Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine dreidimensionale Strukturierung in übereinander liegenden Schichten elektrisch leitfähiger Substanzen durchgeführt wird, indem die Fokuslage des Laserstrahls eingestellt wird.
Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Lasers und/oder die Lage des Flächenbereichs mit der elektrisch leitfähigen Substanz anhand einer Lageerkennungseinheit (30) detektiert und mit einer Steuerungseinheit (32) geregelt wird.
Verfahren in einer Bedruckstoff bearbeitenden Maschine (10, 52) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche 24 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Steuerungseinheit die Laserbearbeitungseinheit (22) derart angesteuert wird, dass auf einzelnen Flächenbereichen (46) einer Mehrzahl von Flächenbereichen (46) mit der elektrisch leitfähigen Substanz auf dem Bedruckstoff (44) jeweils zueinander unterschiedliche Strukturen erzeugt werden, so dass eine nicht reversible und/oder nicht mehr manipulierbare Individualisierung einzelner Flächenbereiche (46) auf dem Bedruckstoff (44) für einzelne Druckexemplare bewirkt wird.