DE102023127411B3

DE102023127411B3 - Method for engraving a product, in particular a printed product

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Publication number: DE102023127411B3
Application number: DE102023127411.2A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-10-09
Filing date: 2023-10-09
Publication date: 2025-03-27
Anticipated expiration: 2043-10-10

Abstract

Verfahren zum Gravieren eines Erzeugnisses mittels Lasergravieren, wobei das Erzeugnis ein Substrat mit einer eine Oberfläche des Substrats wenigstens teilweise bedeckenden, aus wenigstens einem Polyacrylat bestehenden Beschichtung aufweist, mit den Schritten: Einwirken lassen eines Laserstrahls auf die Beschichtung des Erzeugnisses innerhalb eines vorbestimmten Gravurbereichs unter stofflicher Veränderung der die Oberfläche des Substrats bedeckenden Beschichtung innerhalb des vom Laserstrahl bestrahlten Gravurbereichs, und Freilegen der Oberfläche des Substrats im Gravurbereich durch Entfernen der mittels des Laserstrahls stofflich veränderten Beschichtung mittels eines Lösungsmittels unter Erhalt einer im Erzeugnis eingebrachten Gravur.A method for engraving a product by means of laser engraving, wherein the product has a substrate with a coating consisting of at least one polyacrylate which at least partially covers a surface of the substrate, comprising the steps of: allowing a laser beam to act on the coating of the product within a predetermined engraving area, thereby changing the material of the coating covering the surface of the substrate within the engraving area irradiated by the laser beam, and exposing the surface of the substrate in the engraving area by removing the coating which has been materially changed by means of the laser beam using a solvent, thereby obtaining an engraving introduced into the product.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Gravieren eines Erzeugnisses mittels Lasergravieren. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Gravieren eines Druckerzeugnisses mittels Lasergravieren.The invention relates to a method for engraving a product by laser engraving. In particular, the invention relates to a method for engraving a printed product by laser engraving.

Gravurverfahren, insbesondere solche Verfahren zur Lasergravur und die hierzu verwendeten Materialen sind bekannt, beispielsweise aus der US 2006 / 0 063 111 A1 , DE 10 2021 200 335 A1 , GB 2 520 683 A , US 8 796 583 B2 , US 2003 / 0 031 842 A1 und US 2022 / 0 161 293 A1 .Engraving processes, in particular those for laser engraving and the materials used for this purpose are known, for example from US 2006 / 0 063 111 A1 , DE 10 2021 200 335 A1 , GB 2 520 683 A , US 8 796 583 B2 , US 2003 / 0 031 842 A1 and US 2022 / 0 161 293 A1 .

Als Gravuren werden durch formgebende Bearbeitung erzeugte Einschneidungen von Ornamenten, Schriften und Verzierungen in Metallen, Glas, Stein und anderen festen Werkstoffen bezeichnet. Die klassische Handgravur auf metallischen Oberflächen wird mit einem Stichel oder bei Glas mit einem Schleifwerkzeug erzeugt, wobei durch Abtragen von Material eine Oberflächenstruktur geschaffen wird, die sich optisch und haptisch gegenüber dem nicht bearbeiteten Material abhebt.Engraving refers to the incisions of ornaments, lettering, and decorations created by shaping metals, glass, stone, and other solid materials. Traditional hand engraving on metallic surfaces is created with a burin or, in the case of glass, with a grinding tool. The removal of material creates a surface structure that contrasts visually and tactilely with the untreated material.

Neben der klassischen Handgravur ist es auch möglich, Erzeugnisse mithilfe eines Lasers zu gravieren. Bei dem sogenannten Lasergravieren das zu gravierende Material durch den auftreffenden Laserstrahl so stark erhitzt, dass dieses seine Farbe kontrasterzeugend ändert, verdampft oder verbrennt. Das Lasergravieren wird häufig im industriellen Maßstab, insbesondere zur Markierung elektronischer Bauelemente, Frontplatten, Typenschilder oder zur Beschriftung von Computertastaturen, angewendet. Daneben ist es aber auch bekannt, Trinkgläser und LED-Flutlichtschilder aus Polyacrylat, insbesondere Polymethylmethacrylat (PMMA) mittels Lasergravieren zu bearbeiten.In addition to traditional hand engraving, it is also possible to engrave products using a laser. In laser engraving, the material to be engraved is heated to such an intense level by the laser beam that it changes color, vaporizes, or burns, creating a contrast. Laser engraving is frequently used on an industrial scale, particularly for marking electronic components, front panels, nameplates, or for labeling computer keyboards. Drinking glasses and LED floodlight signs made of polyacrylate, particularly polymethyl methacrylate (PMMA), can also be laser engraved.

Ein Nachteil des Lasergravierens von Erzeugnissen aus Polymethylmethacrylat (PMMA) besteht nun darin, dass dieses Material eine Gravur sehr feiner Strukturen nicht zulässt und zusätzlich dazu neigt, einen durch die Bearbeitung mittels des Lasers erzeugten Grauschleier auszubilden.A disadvantage of laser engraving products made of polymethyl methacrylate (PMMA) is that this material does not allow the engraving of very fine structures and also tends to form a grey haze caused by laser processing.

Wenngleich das Verfahren des Lasergravierens also grundsätzlich bei Erzeugnissen aus Polyacrylat anwendbar ist, verbietet sich der Einsatz bei hochwertigen Erzeugnissen, beispielsweise Druckerzeugnissen wie etwa hinter Acrylglas gedruckten Fotografien. Eine mittels Lasergravieren im Acrylglas technisch minderwertig ausgeführte Gravur mit nur groben Strukturen und einem die Fotografie bedeckenden Grauschleier würde die Qualität des Erzeugnisses insgesamt herabsetzen, sodass das Verfahren zum Lasergravieren insbesondere bei Polyacrylat aufweisenden Druckerzeugnissen nicht zur Anwendung kommt.Although the laser engraving process is generally applicable to products made of polyacrylate, it is not suitable for high-quality products, such as printed matter such as photographs printed behind acrylic glass. A technically inferior engraving using laser engraving on acrylic glass, with only coarse structures and a gray haze covering the photograph, would reduce the overall quality of the product, so the laser engraving process is not suitable for printed matter made of polyacrylate.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, trotz dieser Schwierigkeiten ein Verfahren zum Gravieren eines ein Polyacrylat aufweisenden Erzeugnisses, insbesondere eines ein Polyacrylat aufweisenden Druckerzeugnisses mittels Lasergravieren zu schaffen, das das Erzeugen scharfkantiger, feiner Strukturen ohne Grauschleier erlaubt.The object of the invention is therefore, despite these difficulties, to provide a method for engraving a product comprising a polyacrylate, in particular a printed product comprising a polyacrylate, by means of laser engraving, which method allows the production of sharp-edged, fine structures without a grey haze.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved according to the invention by the method having the features of claim 1. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.

Die Anmelderin hat überraschenderweise herausgefunden, dass das Gravieren feiner, scharfkantiger Struktur und ohne einen Grauschleier zu erzeugen in Acryl dann möglich ist, wenn das Acryl in Form einer ein Substrat bedeckenden Beschichtung vorliegt. Dabei erfolgt die Herstellung der Gravur unter Freilegung des Substrats und damit vollständiger Beseitigung der Beschichtung in dem mittels des Lasers bearbeiteten Gravurbereich.The applicant has surprisingly discovered that engraving fine, sharp-edged structures in acrylic without creating a gray haze is possible when the acrylic is in the form of a coating covering a substrate. The engraving is produced while exposing the substrate, thus completely removing the coating in the laser-engraved area.

Als besonders vorteilhaft hat sich für das erfindungsgemäße Verfahren die Verwendung eines unter dem Markennamen „Chromaluxe“ bekannt gewordenen Erzeugnisses herausgestellt, dessen Zusammensetzung und Aufbau aus der US 6,340,504 B1 , der US 6,284,327 B1 und der US 6,242,055 B1 grundsätzlich bekannt ist. Dieses als „Chromaluxe“ bekannte Erzeugnis weist ein Substrat, das in der Regel eine Aluminiumplatte ist, mit wenigstens einer Beschichtung aus einem UV-gehärteten Polyacrylat auf und wird bei weiterer Verarbeitung zur Produktion hochwertiger Druckerzeugnisse verwendet, wobei ein fotografisches Bild mittels Sublimationsdruck in die das Polyacrylat aufweisende Beschichtung des Substrats eingebracht wird. Die Vorteile dieses bekannten Druckerzeugnisses liegen darin, dass das Erzeugnis einen hochauflösenden Druck bei hervorragender Farbechtheit und Leuchtkraft ermöglicht und zugleich wie ein Direktdruck wasserfest ist. Darüber hinaus ist dieses Druckerzeugnis abrieb- und kratzfest sowie lösungsmittelbeständig, sodass es beispielsweise mit Alkohol oder Aceton gereinigt werden kann. Aufgrund dieser Eigenschaften wird dieses Erzeugnis zur Produktion hochwertiger Bilder für den Kunstmarkt, in Galerien als auch im Geschäfts- und Privatbereich weltweit verwendet.The use of a product known under the brand name “Chromaluxe” has proven particularly advantageous for the process according to the invention, the composition and structure of which are derived from the US 6,340,504 B1 , the US 6,284,327 B1 and the US 6,242,055 B1 is basically known. This product, known as "Chromaluxe", comprises a substrate, which is usually an aluminum plate, with at least one coating of a UV-cured polyacrylate and is used in further processing to produce high-quality printed products. A photographic image is sublimated into the polyacrylate coating of the substrate. The advantages of this well-known printed product are that the product enables high-resolution printing with excellent color fastness and luminosity and, like direct printing, is water-resistant. In addition, this printed product is abrasion and scratch resistant as well as solvent-resistant, meaning it can be cleaned with alcohol or acetone, for example. Due to these properties, this product is used worldwide to produce high-quality images for the art market, in galleries, as well as in commercial and private areas.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung ermöglicht nun insbesondere das Lasergravieren dieses zuvor genannten hochwertigen Erzeugnisses als Druckerzeugnis. So kann beispielsweise die Signatur des Fotografen oder Künstlers, individuelle Informationen, Titel, Auflagennummerierung, unveränderliche „Wasserzeichen“, vektorbasierte Motive jeglicher Art nachträglich aus der insbesondere im Sublimationsverfahren bedruckten Oberfläche freigelegt werden. Dieses Verfahren ermöglicht eine deutliche optische Aufwertung.The method of the present invention now enables, in particular, the laser engraving of this aforementioned high-quality product as a printed product. For example, the photographer's or artist's signature, individual information, title, edition numbering, etc. Variable "watermarks," vector-based motifs of any kind, can be subsequently exposed from the surface, especially when printed using the sublimation process. This process allows for a significant visual enhancement.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung erlaubt auch, die haptische Anmutung von Chromaluxe-Platten zu verbessern. Durch partielle Entfernung der farbentragenden Beschichtung kann auch eine stabile Brailleschrift erzeugt werden, erhaben oder vertieft. Dies erlaubt beispielsweise eine Anfertigung eines motivbedruckten Hinweisschildes, Kunstwerkes und/oder Gemäldes für Sehende und Menschen mit Seheinschränkungen in einem. Solche Schilder können in jeder Brailleschriftgröße angefertigt werden.The process of the present invention also allows for the tactile appeal of Chromaluxe panels to be improved. By partially removing the ink-bearing coating, stable Braille can be created, either raised or recessed. This allows, for example, the creation of a motif-printed information sign, work of art, and/or painting for both sighted and visually impaired people. Such signs can be produced in any Braille size.

Weitere Anwendungen, insbesondere für das vorgenannte Chromaluxe-Material, bestehen darin, dass Fehldrucke oder beschädigte Oberflächen bei kleineren Flächen im schadhaften Bereich durch Lasergravieren exakt entfernt werden und mit einem Füllstoff zur Restaurierung wieder aufgefüllt werden können.Further applications, especially for the aforementioned Chromaluxe material, include the precise removal of misprints or damaged surfaces in smaller areas of the damaged area by laser engraving and the subsequent refilling with a filler for restoration.

Besonders hervorzuheben ist, dass die ursprüngliche, neutrale Beschichtung des Chromaluxe-Materials für den Bereich der Werbetechnik/Schilderherstellung als sehr hochwertiges weißgrundiges Trägermaterial eingesetzt werden kann. Schriften (einschließlich Brailleschriften) und Vektorgrafiken können in sehr hoher Präzision mittels CO₂-Laser freigelegt werden, wodurch diese als Aluminium sichtbar werden. Das weiße Rohmaterial, als Träger für das Sublimationsverfahren, ist für diesen Nutzungsbereich nicht vorgesehen.Of particular note is that the original, neutral coating of Chromaluxe material can be used as a very high-quality white-based substrate in the advertising/signmaking sector. Lettering (including Braille) and vector graphics can be exposed with very high precision using a _CO2 laser, making them visible as aluminum. The white raw material, as a substrate for the sublimation process, is not intended for this application.

Daneben besteht die Möglichkeit, die Oberfläche des Erzeugnisses in einem vorbestimmten Areal für das Einbringen von Bohrungen/Säge- und Fräsarbeiten freizulegen, um zu verhindern, dass die Beschichtung durch die weitere Bearbeitung, beispielsweise einen Bohrvorgang, splittert oder beschädigt wird. Die Freilegung des Aluminiums in schmalen Bereichen über die Gesamtlänge des Materials ermöglicht sogar die bisher nicht vorhandene elegante Möglichkeit der Verformung des Substrats, insbesondere des Chromaluxe-Alu-Materials, ohne die Beschichtung bei einem Kant- oder Biegevorgang zu beschädigen. Die umliegende, starre, gehärtete und mit Motiv belegte Oberfläche wird an der Biegekante vorab entfernt und somit nicht beschädigt. Derzeit ist insbesondere das Chromaluxe-Alu nicht für Verformungen dieser Art verwendbar. Das vorliegende Verfahren ermöglicht diesen weiteren Nutzungsbereich.It is also possible to expose the surface of the product in a predetermined area for drilling/sawing and milling work to prevent the coating from splintering or being damaged by further processing, such as drilling. Exposing the aluminum in narrow areas across the entire length of the material even enables the previously unavailable elegant option of deforming the substrate, in particular the Chromaluxe aluminum material, without damaging the coating during a bending or edging process. The surrounding, rigid, hardened, and patterned surface is removed in advance at the bending edge and is therefore not damaged. Currently, Chromaluxe aluminum, in particular, is not suitable for deformations of this kind. The present process enables this additional area of application.

Schließlich können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Vertiefungen erstellt werden, in die identisch-formgelaserte Elemente aus abweichendem, auch stärkerem Material, wie z.B. Acryl, passgenau und plan eingesetzt werden können. Dies ermöglicht, stabil platzierte, dickere Elemente auf das Alu-Substrat auf- und anzubringen (verklebt oder rückseitig verschraubt). Hierfür wird keine weitere Schablonenpause (z.B. für Texte) benötigt.Finally, the inventive method can be used to create recesses into which identically shaped laser-cut elements made of different, even thicker materials, such as acrylic, can be precisely and flatly inserted. This allows for the stable placement of thicker elements on the aluminum substrate (glued or screwed to the back). This eliminates the need for additional stencil embossing (e.g., for text).

Die Erfindung wurde mithilfe eines Kohlenstoffdioxidlasers (GLOWFORGE PRO; Glowforge Inc. Seattle (US)) entwickelt, wobei bei dessen Einwirkung auf die UV-gehärteten Polyacrylat-Beschichtung der Aluminiumplatte diese in ihrer festen Struktur gelöst wird, ohne die Aluminiumplatte oder die restliche Beschichtung zu beschädigen. Die entstandene zähe Masse wird mit Hilfe von reinem Dichlormethan (>99,5 %, rein) oder auch 2-Proponal gelöst und mit einem weichen Pinsel oder weichem Lappen rückstandslos entfernt, ohne dass die Beschichtung außerhalb des Arbeitsbereiches angegriffen wird. Die Integrität des Erzeugnisses im nicht gelaserten Bereich bleibt also auch beim Inkontaktbringen mit dem Lösungsmittel absolut bestehen. Das Ergebnis ist eine scharfkantige Gravur mit stabilen, steilen Flanken, sodass sehr feine und detaillierte Strukturen eingebracht werden können.The invention was developed using a carbon dioxide laser (GLOWFORGE PRO; Glowforge Inc. Seattle (US)). When the laser acts on the UV-cured polyacrylate coating of the aluminum plate, the coating dissolves its solid structure without damaging the aluminum plate or the remaining coating. The resulting viscous mass is dissolved using pure dichloromethane (>99.5% pure) or 2-propanol and removed completely with a soft brush or soft cloth without damaging the coating outside the working area. The integrity of the product in the non-lasered area is therefore absolutely maintained even when brought into contact with the solvent. The result is a sharp-edged engraving with stable, steep flanks, allowing the creation of very fine and detailed structures.

Erfindungsgemäß wird also ein Verfahren zum Gravieren eines Druckerzeugnisses mittels Lasergravieren vorgeschlagen, wobei das Druckerzeugnis ein Substrat mit einer eine Oberfläche des Substrats wenigstens teilweise bedeckenden, aus wenigstens einem Polyacrylat bestehenden Beschichtung mit einem in der Beschichtung eingedampften Farbstoff aufweist, mit den Schritten:

- Einwirken lassen eines Laserstrahls auf die Beschichtung des Druckerzeugnisses innerhalb eines vorbestimmten Gravurbereichs unter stofflicher Veränderung der die Oberfläche des Substrats bedeckenden Beschichtung innerhalb des vom Laserstrahl bestrahlten Gravurbereichs, und
- Freilegen der Oberfläche des Substrats im Gravurbereich durch Entfernen der mittels des Laserstrahls stofflich veränderten Beschichtung mittels eines Lösungsmittels unter Erhalt einer im Druckerzeugnis eingebrachten Gravur.

According to the invention, a method for engraving a printed product by means of laser engraving is proposed, wherein the printed product comprises a substrate with a coating consisting of at least one polyacrylate, at least partially covering a surface of the substrate, with a dye evaporated in the coating, comprising the steps:

- exposing the coating of the printed product to a laser beam within a predetermined engraving area, thereby changing the material of the coating covering the surface of the substrate within the engraving area irradiated by the laser beam, and
- Exposing the surface of the substrate in the engraving area by removing the coating materially modified by the laser beam using a solvent, thereby maintaining an engraving in the printed product.

Die mittels des Verfahrens erhaltene Gravur ist scharfkantig bzw. weist steile Flanken auf, sodass auch Gravuren mit feinen Strukturen realisiert werden können.The engraving obtained by this process has sharp edges or steep flanks, so that engravings with fine structures can also be realized.

Bevorzugt wird das Verfahren auf Druckerzeugnisse angewendet, bei denen das Substrat Metall ist. Speziell vorteilhaft ist das Verfahren in technischer und ästhetischer Hinsicht bei Anwendung des Verfahrens auf Druckerzeugnisse, bei denen das Substrat Aluminium ist.The process is preferably applied to printed products where the substrate is metal. The process is particularly advantageous from a technical and aesthetic point of view when applied to printed products where the substrate is aluminum.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Verfahren auf ein Druckerzeugnis angewendet wird, bei dem die Beschichtung aus aus einem UV-gehärteten Polyacrylat besteht oder ein solches aufweist. Höchst bevorzugt kann auch vorgesehen sein, dass die aus wenigstens einem Polyacrylat bestehende Beschichtung eine weitere Beschichtung (insbesondere aus einem (weiteren) UV-gehärteten Polyacrylat) aufweist, die insbesondere dem Substrat in Bezug auf die Beschichtung aus Polyacrylat gegenüberliegend angeordnet ist. Die Beschichtungen mit UV-gehärtetem Polyacrylat weisen insbesondere den Vorteil auf, dass diese gegenüber mechanischen Belastungen und chemischen Einflüssen besonders beständig sind.According to a further preferred embodiment, the method is applied to a printed product in which the coating consists of or comprises a UV-cured polyacrylate. Most preferably, it can also be provided that the coating consisting of at least one polyacrylate comprises a further coating (in particular of a (further) UV-cured polyacrylate), which is arranged in particular opposite the substrate with respect to the polyacrylate coating. Coatings with UV-cured polyacrylate have the particular advantage of being particularly resistant to mechanical stress and chemical influences.

Das Lasergravieren erfolgt bevorzugt mittels eines Kohlenstoffdioxidlasers.Laser engraving is preferably carried out using a carbon dioxide laser.

Als Lösungsmittel wird bevorzugt ein organisches Lösungsmittel verwendet. Dieses Lösungsmittel kann insbesondere ein alkoholisches Lösungsmittel oder ein aus Halogenkohlenwasserstoffen bestehendes oder ein eine Halogenkohlenwasserstoffverbindung aufweisendes Lösungsmittel sein. Speziell werden als Lösungsmittel Isopropylalkohol oder Dichlormethan vorgeschlagen, die zu einer einfachen, schnellen und sauberen Entfernung der mit dem Laser behandelten Beschichtung führen, ohne dabei die Beschichtung im Übrigen anzugreifen. Es entsteht keinerlei Staub oder Abrieb.An organic solvent is preferably used as the solvent. This solvent can, in particular, be an alcoholic solvent or a solvent consisting of halogenated hydrocarbons or containing a halogenated hydrocarbon compound. Isopropyl alcohol or dichloromethane are specifically suggested as solvents, which allow for simple, fast, and clean removal of the laser-treated coating without damaging the coating. No dust or abrasion is generated.

Schließlich ist vorgesehen, dass es sich bei dem Druckerzeugnis um ein mittels Sublimationsdruck erzeugtes Druckerzeugnis auf dem oben genannten Chromaluxe-Material handelt.Finally, it is intended that the printed product is a printed product produced by sublimation printing on the above-mentioned Chromaluxe material.

Claims

A method for engraving a printed product by laser engraving, wherein the printed product comprises a substrate with a coating consisting of at least one polyacrylate and having a dye evaporated into the coating, at least partially covering a surface of the substrate, comprising the steps of: - exposing the coating of the printed product within a predetermined engraving area to a material change in the coating covering the surface of the substrate within the engraving area irradiated by the laser beam, and - exposing the surface of the substrate in the engraving area by removing the coating materially changed by the laser beam using a solvent, thereby obtaining an engraving in the printed product.

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the substrate is metal.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate is aluminum.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the polyacrylate is UV-cured polyacrylate or the coating consisting of at least one polyacrylate has a further coating of a UV-cured polyacrylate.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser engraving is carried out by means of a carbon dioxide laser.

Process according to one of the preceding claims, characterized in that the solvent is an organic solvent.

Process according to one of the preceding claims, characterized in that the solvent is selected from the solvents consisting of alcoholic solvents and halogenated hydrocarbons.

Process according to one of the preceding claims, characterized in that the solvent is isopropyl alcohol or dichloromethane.