DE19947425A1

DE19947425A1 - Verfahren zur Herstellung einer farbvariablen Oberfläche

Info

Publication number: DE19947425A1
Application number: DE19947425A
Authority: DE
Inventors: Ralf Paugstadt
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-10-03
Filing date: 1999-10-03
Publication date: 2001-04-05

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächen, deren Farbeindruck vom Blickwinkel des Betrachters abhängt. DOLLAR A Gemäß der Erfindung werden die Flanken 1 und 2 einer reliefförmigen Oberfläche 3 von Strömen verschiedenfarbiger Stoffe 6 und 10, bevorzugt von Farbstofftröpfchen gefärbt. Anschließend kann das Relief versiegelt werden 22. DOLLAR A Da sich Farbstofftröpfchen mit Durchmessern unter 10 mum zuverlässig herstellen lassen, können auch Reliefs mit sehr geringer Relieftiefe Flankeneinfärbungen erhalten. DOLLAR A Dies ermöglicht es, optisch variable Oberflächen auch auf Folien und Papieren zu realisieren.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Oberflächen, deren Farbeindruck vom Blickwinkel des Betrachters abhängt.

Oberflächen, deren Färbung sich in Abhängigkeit vom Betrachtungswinkel ändert, finden vielfältige Anwendungen als Außenflächen verschiedenster Produkte. Beliebt sind solche Oberflächen auf Taschen, Kleidungsstücken und Sportgeräten sowie auf Verpackungen, um die Aufmerksamkeit der Konsumenten zu wecken.

Weil die Herstellung solcher Oberflächen einen hohen technologischen Aufwand erfordert, und weil der Effekt leicht und ohne Hilfsmittel überprüfbar ist, finden blickwinkelabhängig farbvariable Flächen auch als Echtheitsmerkmal auf wertvollen Produkten, Dokumenten oder Banknoten Verwendung.

Oberflächen mit winkelabhängigem Farbeindruck können auf der Grundlage der Lichtbeugung/Interferenz (Hologramme, Gitter, Coatings, Glimmerplättchen), der Licht-Polarisation (Flüssigkristalle), der Lichtbrechung (Linsenraster über Farbmustern) oder auf der Grundlage der Abschattung von Farb-Bereichen realisiert werden.

Auf Lichtbeugung und Interferenz basierende winkelabhängig farbvariable Flächen erfordern aufwendige Technologien und funktionieren nur unter speziellen Beleuchtungsbedingungen. Auch die Herstellung von Linsenraster-Oberflächen ist aufwendig. Die Farbwechsel einer speziellen Oberfläche sind schlecht reproduzierbar. Da das Linsenraster offen liegen muß, sind solche Oberflächen außerdem empfindlich gegenüber mechanischer und chemischer Beanspruchung.

Flüssigkristalle sind empfindlich und können nur schwer auf Oberflächen appliziert werden.

Die geometrischen Abschattung von Farbbereichen ist das einfachste aller Verfahren zur Realisierung von Oberflächen mit winkelabhängigem Farbeindruck. Wenn beispielsweise die Wellenberge einer wellenförmig geformten Oberfläche der Farbe A mit einer Farbe B bedruckt ist, ergibt sich die Draufsicht-Farbe der Fläche als Mischfarbe der Farben A (Wellentäler) und B (Wellenberge). Schaut man dagegen schräg auf die Wellenstruktur, verdecken die Wellenberge die Wellentäler, so daß die Oberfläche in der Farbe B erscheint. Dieser Effekt wird bei grafischen Wellpapieren genutzt, deren Wellenberge mit einer Farb-Walze eingefärbt sind.

Mehrfarbenwechsel können realisiert werden, indem die beiden gegenüberliegenden Flanken aller Wellenberge jeweils unterschiedlich gefärbt werden. So lassen sich aus den beiden Blickrichtungen senkrecht auf die Flanken der Wellen, vollständig verschiedene Farbeindrücke erzeugen.

Die genaue Herstellung einer so gefärbten Reliefoberfläche scheitert jedoch daran, daß es kein Druckverfahren gibt, mit dem die Flanken eines Profils mit Farbe bedruckt werden können. Daher kann lediglich versucht werden, zunächst eine plane Oberfläche mit einem entsprechenden Muster zu bedrucken und diese Oberfläche danach in die Relief-Form mit der richtigen Frequenz, Amplitude und Phase umzuformen. Da das Relief für praktische Anwendungen nicht tiefer als einige hundert Mikrometer sein sollte, muß der Umformprozeß etwa hundert Mikrometer genau relativ zum Druckbild erfolgen. Diese Genauigkeit kann insbesondere bei komplexen Materialien wie Papieren nicht erreicht werden. Ein Beispiel dafür ist das Kipp-Farbwechselmerkmal auf der deutschen 100 DM Banknote. Die Betrachtung verschiedener 100 DM Banknoten zeigt, daß der Umschlag von der blauen zur weißen Farbe des "100 DM" Bereiches im rechten Streifen der Vorderseite, je nach Banknote unter verschiedenen Winkeln erfolgt.

Die Erfindung beschreibt ein Verfahren, für die reproduzierbare und ökonomische Herstellung von Oberflächen mit winkelabhängigem Farbeindruck auf der Grundlage der Abschattung von einzelnen Farbbereichen eines Reliefs. Das Verfahren erfordert keine Synchronisation zwischen Relief-Formung und Teilbereich-Färbung und liefert daher klare Farbumschläge auch bei geringen Relief-Tiefen sowie auf komplexen Materialien wie Papieren und Pappen. Geringe Relieftiefen ermöglichen die Realisierung der Oberflächen auf dünnen, auch bahnförmig verarbeitbaren Materialien und erweitern so deutlich den Einsatzbereich der Oberflächen in der grafischen- und Verpackungsindustrie, sowie als Echtheitsmerkmal.

Da Oberflächen mit winkelabhängigem Farbeindruck auf der Grundlage der Abschattung von einzelnen Farbbereichen eines Reliefs mit einer Schutzschicht versiegelt werden . können, kann eine hohe Stabilität der Oberfläche gegenüber Umwelteinflüssen erreicht werden.

Gemäß der Erfindung (Fig. 1) werden die Flanken 1 und 2 einer reliefförmigen Oberfläche 3 eines Materials 4 von den Strömen 5 und 9 (Fig. 2, 3) der verschiedenfarbigen Stoffe 6 und 10, die als Farbstofftröpfchen oder Farb(Toner)Partikel vorliegen können, gefärbt. Farb(Toner)Partikel sind mit Durchmessern zwischen 0,5 µm und 10 µm erhältlich und können beispielsweise durch ihr Gewicht oder mit elektrischen Feldern senkrecht auf die Flanken des Reliefs 3 gelenkt werden (Fig. 7), wo sie auf einer selbstklebenden Beschichtung der Reliefoberfläche 3 haften bleiben oder mit Wärme aufgeschmolzen werden können. In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden als farbige Stoffe 6 und 10 jedoch Farbstofftröpfchen verwendet, die mit Zerstäubern 12 oder Ink-Jet Druckköpfen 18 erzeugt werden. Aus der Luftbefeuchtungstechnologie bekannte Zerstäuber auf der Grundlage von hochfrequent angeregten Düsenkonstruktionen liefern Tröpfchen mit Durchmessern zwischen 1 µm und 10 µm, mit denen die Flanken auch feinster Reliefs 3, beispielsweise von Sägezahnreliefs mit einer Tiefe 11 vom 100 µm gefärbt werden können. Ink-Jet Druckköpfe mit mehreren hundert Einzeldüsen 19 und kontinuierlichem Tröpfchen-Strom sind aus der Ink-Jet Drucker Technologie bekannt.

Hinter dem Zerstäuber-Kopf 12 kann aus dem ursprünglich divergenten Tröpfchen-Strom 14 mit einer Anordnung von Blenden 15, 16 ein paralleler Tröpfchen-Strom erzeugt werden, der bei geeignetem Winkel 26 zwischen Strom 17 und Relief-Material 4 eine Flanke des Reliefs färbt (Fig. 4). Die Bedeckung der Reliefoberfläche mit dem Farbstoff kann durch aus der Inkjet-Papier Industrie bekannte Beschichtungen, zur verlauffreien Aufnahme der Tröpfchen und zum Schutz der Farbstoffe gefördert werden.

Durch eine Maske im Strahlengang des Tröpfchen-Stroms kann der Bereich der Oberfläche 3 bestimmt werden dessen Reliefflanken gefärbt werden sollen. Wenn der Tröpfchen-Strom senkrecht auf das Relief 3 gerichtet wird, entstehen Bereiche mit betrachtungswinkelunabhängiger Farbe (Fig. 8).

Die Beschichtung der Reliefflanken kann auch kontinuierlich erfolgen, indem das Material 4 relativ zum Tröpfchen-Strom 17,20, bevorzugt bei festehender Tröpfchen-Quelle 12,18 bewegt wird.

Diese Bewegung kann quer (Fig. 6) oder längs (Fig. 7) der Relief-Linien erfolgen. Bei längs der Relief-Linien erfolgender Bahnbewegung fallen die Tröpfchen-Ströme in der bevorzugten Ausführung der Erfindung in Bahnrichtung hintereinander von oben nach unten auf die Bahn, wobei diese für jede Färbung in die entsprechenden Winkel 26, 27 (Fig. 7) gekippt wird.

Bei einer Bewegung der Bahn quer (Fig. 6) zu den Relief-Linien (Fig. 6), sollte die Bewegungsrichtung so 24, 25 gewählt werden, daß sich die farbigen Stoffe 6, 10 im Koordinatensystem des Reliefs betrachtet, von der Flanke, die vom betreffenden Farb-Stoff nicht getroffen werden soll, entfernen.

Die gerichtete Bewegung 5, 9, 21 der mikrometergroßen Farbstofftröpfchen oder Farb(Toner)Partikel 6, 10, 20 kann von geringsten Luftturbulenzen, wie sie beispielsweise durch die Bewegung des Relief-Materials 4 hervorgerufen werden kann, gestört werden. Daher muß vermieden werden, daß an der Oberfläche 3 des Reliefs Luft mitgerissen wird und daß Luftturbulenzen im Farbstoffstrom auftreten. Am sichersten kann dies durch Evakuierung des betreffenden Bereiches vermieden werden. Auch ein leichter Überdruck im Bereich der Farbstoffströme verhindert Verwirbelungen der Farbstoffströme durch eine mit der Bahn bewegte Luftschicht. Der Bereich der Farbstoffströme sollte außerdem durch ein Gehäuse 33 vor Luftbewegungen geschützt werden.

Das fertig beschichtete Relief kann anschließend mit einem transparenten Coating 22 geschützt werden. Grafische Information (Bilder oder Text) können über diese Schutzschicht oder als Schutzschicht aufgedruckt werden.

BEZEICHNUNGSLISTE

1

Teilbereich der Oberfläche

3

in der Farbe der Stoffe

6

2

Teilbereich der Oberfläche

3

in der Farbe der Stoffe

10

3

Oberfläche des reliefförmigen Materials

4

Material mit reliefförmiger Oberfläche

3

5

gerichteter Strom sich parallel zueinander bewegender farbiger Stoffe

6

farbige Stoffe

1

I Partikel oder Tröpfchen / bilden den Strom

5

7

in der Farbe der Stoffe

5

gefärbte Flächenbereiche von 3

8

in der Farbe der Stoffe

10

gefärbte Flächenbereiche von 3

9

gerichteten Strom sich parallel zueinander bewegender farbiger Stoffe

10

farbige Stoffe

2

/ Partikel oder Tröpfchen I bilden den Strom

9

11

Relief-Tiefe des Materials

4

12

Zerstäuber für die Stoffe

6

13

Zerstäuber für die Stoffe

10

14

kegelförmiger Strom farbiger Stoffe

15

Eintrittsblende

16

Austrittsblende

17

paralleler Strom farbiger Stoffe

18

Matrix aus Einzeldüsen

19

Einzeldüsen

20

paralleler Strom aus Einzeltröpfchen

21

Richtung von

20

22

Schutzüberzug

23

Relativbewegung zwischen dem Strom

17

und dem reliefförmigen Material

4

24

Bewegungsrichtung des reliefförmigen Materials quer zu den Relief Linien entlang der Quelle

12

25

13

26

Kippwinkel der reliefförmiges Material relativ zur Strömungsrichtung der farbigen Stoffe aus Quelle

12

27

13

28

gefärbte Relief-Flanke

1

29

gefärbte Relief-Flanke

2

30

Kippwinkel des reliefförmigen Materials relativ zur Strömungsrichtung der farbigen Stoffe

31

Strömungsrichtung der farbigen Stoffe

32

unabhängig von der Betrachtungsrichtung einfarbig wirkender Bereich

33

mechanische Begrenzung des Strömungsbereiches der farbigen Stoffe

Claims

1) Verfahren zur Herstellung einer aus einem Relief mit verschiedenfarbigen Teilbereichen 1, 2 bestehenden Oberfläche 3, deren Farbeindruck vom Blickwinkel des Betrachters abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß eine reliefförmiges Material 4 so in einem gerichteten Strom 5 sich parallel zueinander bewegender, farbiger Stoffe 6 angeordnet wird, daß diese nur bestimmte Flächenbereiche 7 der Oberfläche 3 erreichen und färben.

2) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt nach Anspruch 1 mit einem aus einer anderen Richtung kommenden, gerichteten Strom 9 sich parallel zueinander bewegender andersfarbiger Stoffe 10 wiederholt wird.

3) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dünne, flexible Materialien 4, wie Papiere und Folien mit einer Oberfläche nach Anspruch 1 ausgestattet werden können, indem:

a) die Relief-Tiefen 11 kleiner als 300 µm gewählt und
b) farbige Stoffe 6, 10 mit Durchmessern kleiner als 100 µ zur Färbung des Reliefs verwendet werden.

4) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die farbigen Stoffe 6, 10 Farbstoff-Tröpfchen sind.

5) Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine verlaufsfreie Trocknung und Haftung der Farbstoff-Tröpfchen 6, 10 auf der Relief-Oberfläche 3 durch:

a) elektrischen Entladungen, chemischen Stoffen und/oder mechanischen Verfahren und/oder
b) ein Beschichtung der Oberfläche 3 mit geeigneten, die Farbstoff-Tröpfchen bindenden Schichten und/oder
c) die Beimischung von die Oberflächenenergie der Farbstoff-Tröpfchen uerändernden Stoffen (Netzmitteln) in den Farbstoff der Farbstoff-Tröpfchen 6, 10 erreicht wird.

6) Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die farbigen Stoffe 6, 10 feste Farbstoff-Partikel sind.

7) Verfahren nach Anspruch 6 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haftung der Farbstoff-Partikel 6, 10 auf der Relief-Oberfläche 3 durch:

a) die Beschichtung der Oberfläche mit einem selbstklebenden Material
b) die Verschmelzung der Farbstoff-Partikel mit der Oberfläche
c) erreicht wird.

8) Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoff-Tröpfchen 6, 10 durch das Zerstäuben von flüssigen Farbstoffen in einem Zerstäuber 12, 13 mit:

a) durch Schwingungen angeregte Düsen
b) durch Ultraschall angeregte Düsen
c) durch mit Druckluft zerstäubte Farbstoffe erzeugt werden.

9) Verfahren nach den Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der beim Zerstäuben entstehende kegelförmige Strom von Farbstoff-Tröpfchen, in einen parallelen Strom umgewandelt wird, indem:

a) der zunächst kegelförmige Strom 14 der Farbstoff-Tröpfchen 6, 10 durch eine Eintritts- 15 und eine Austrittsblende 16 in einen parallelen Strom 17 umgewandelt wird und/oder
b) die Farbstoff-Tröpfchen elektrisch geladen und entlang eines linearen elektrischen Feldes geführt werden.

10) Verfahren nach den Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbstoff-Tröpfchen 6, 10 mit Durchmesssern kleiner als 100µ durch eine Matrix 18 von Einzeldüsen 19 als paralleler Strom 20 in Richtung der Relief-Oberfläche 3 abgegeben werden, wobei die Tröpfchenfolge 20 durch:

a) mechanische Anregung der Einzeldüsen 19 (piezoelektrischer Jet)
b) thermische Ausstoßen der Farbstoff-Tröpfchen aus Einzeldüsen 19 (Bubble-Jet)
c) elektrostatische Extraktion der Farbstoff-Tröpfchen aus Einzeldüsen 19 (electrostatic-Jet) erzeugt wird.

11) Verfahren nach den vorherigen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß das fertig mit Farben 6, 10 beschichtete reliefförmige Material 4 mit einem Schutzüberzug 22 versehen wird.

12) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle 12, 13, 18 der farbigen Stoffströme und das reliefförmige Material 4 relativ zueinander ruhen und ein dem Strom-Querschnitt 16 entsprechender Bereich des Materials partiell gefärbt wird.

13) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mittels einer Maske im Strom der farbigen Stoffe 6, 10, der Bereich des partiell zu färbenden Materials 4, definiert wird.

14) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle des Stroms 17 der farbigen Stoffe 6, 10 und das reliefförmige Material 4 relativ zueinander bewegt werden 23, wobei kontinuierlich größere Bereiche des Materials partiell gefärbt werden können.

15) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das reliefförmige Material 4 quer zu dessen Relief-Linien an feststehenden Quellen 12, 13 der farbigen Stoffe 6, 10 vorbeibewegt wird 24, 25, so daß durch unterschiedliche Kippwinkel 26, 27 des Materials relativ zur Bewegungsrichtung 17 der farbigen Stoffe, verschiedengefärbte Relief-Flanken 28, 29 entstehen.

16) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das reliefförmiges Material 4 längs zu deren Relief-Linien nacheinander an einzelnen feststehenden Quellen 12, 18 der farbigen Stoffe 6, 10 vorbeibewegt wird, wobei durch unterschiedliche Kippwinkel 26, 27 des Materials 4 relativ zur Bewegungsrichtung der farbigen Stoffe 6, 10, verschiedengefärbte Relief-Flanken 28, 29 entstehen.

17) Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Einstellung eines geeigneten Kippwinkels 30 des reliefförmigen Materials 4 relativ zur Bewegungsrichtung der farbigen Stoffe 31, Bereiche 32 auf dem Material entstehen, in denen die Flanken des Reliefs einfarbig bleiben und daher kein vom Blickwinkel des Betrachters abhängiger Farbeindruck entsteht.

18) Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Abweichungen von der parallelen, geraden Flugbahn der farbigen Stoffe durch vom sich bewegenden Material 4 mitgerissene Luft oder durch Turbulenzen in der Umgebungsluft dadurch beseitigt werden:

a) daß Luftturbulenzen durch die Umgebungsluft durch mechanische Begrenzung 33 des Strömungsbereiches der farbigen Stoffe beseitigt werden und/oder
b) daß Luft aus dem Strömungsbereich der farbigen Stoffe evakuiert wird