Verfahren zur Beschriftung von Kunststoffen

Abstract

 Mit Hilfe eines steuerbaren Laserstrahles wird ein sublimierbarer Stoff über die gasförmige Phase als beliebig farbiges Schriftzeichen in den Oberflächenbereich eindiffundiert.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschriften von Kunststoffen, indem ein Farbstoff mittels eines Wärmeträ- ^gers auf einen Kunststoff übertragen wird.

[0002] Bei Meß-, Regel-, Schalt- und Bedienungsgeräten sind oft gut lesbare, abgriffeste Beschriftungen anzubringen, die in der Zusammensetzung und Größe der Zeichen von Fall zu Fall verschieden sind. Dieses gilt insbesondere für die Tasten von Eingabeeinheiten, wie z.B. Schreibmaschinen.

[0003] Bekannt ist der Transferdruck, bei dem ein mit Farbstoff versehener Träger aus Papier mittels eines heißen Druckstempels bei leichtem Anpreßdruck gegen den Kunststoff gedrückt wird, wobei der Farbstoff auf die Oberfläche übertragen wird.

[0004] Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß für jedes Zeichen besondere Stempel notwendig sind, so daß das Verfahren unflexibel hinsichtlich Schriften und teuer bei geringeren Stückzahlen ist. Auch ist bei einem solchen Stempel die Haltung der Temperatur schwierig, wobei diese Schwankungen zu Qualitätseinbußen hinsichtlich Farbstoffeintragung und Oberfläche des Kunststoffes führen kann.

[0005] Bekannt ist ferner das Beschriften eines Kunststoffteiles mit einem Laserstrahl, wobei dieser entsprechend dem Schriftzug geführt wird.

[0006] Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, daß es durch die Einwirkung der Energie des Laserstrahles zu irreversiblen Umsetzungen im Kunststoff kommt, die meist mit signifikanten Farbänderungen verbunden sind. Die Farbänderung ist nur bedingt einstellbar: das heißt es ist nur eine helle Schrift auf dunklem Untergrund bzw. eine dunkle Schrift auf hellem Hintergrund möglich.

[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wirtschaftliches, flexibles Verfahren zur Beschriftung von Kunststoffen zu finden, mit dem konturenscharfe, abriebfeste Zeichen in jeder gewünschten Farbe und Größe auf belie- bi^gem Hintergrund nur durch zeichnerische oder elektronische Vorgabe erzeugt werden können, wobei eine Zerstörung des Kunststoffes nicht eintreten darf.

[0008] Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch aelöst, daß über mindestens einen entsprechend den Schriftzeichen steuerbaren Laserstrahl als Wärmeträger der Subtimationsfarbstoff über die gasförmige Phase in die jeweils punktuell erhitzte Oberfläche des Kunststoffes eindiffundiert wird.

[0009] Es wurde überraschend gefunden, daß mittels einer kurzwelligen Strahlung, insbesondere eines Laserstrahles, der Sublimationsfarbstoff trotz _Phasenwechsel ohne wesentliche Veränderung der Farbe in die entsprechend dem ^ge-wünschten Zeichen nacheinander erhitzte Oberfläche des Kunststoffes infolge des Partialdruckgefälles so tief eindiffundiert werden kann, daß ein konturenscharfes, abriebfestes, gut lesbares, farbiges Zeichen entsteht, wobei die Farbe je nach Bedeutung (z.B. signalrot) und Untergrund beliebig gewählt werden kann. Wegen der kurzen, gezielten, gleichmäßigen Einstrahlunaen und der berührungslosen Energie-Übertragung tritt keine Materialschädi- ^gung auf. Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Flexibilität, da der Laserstrahl über Leitlinien (Zeichnungen) bzw. EDV-Programme gesteuert werden kann.

[0010] Für-eine farbige Bedruckung haben sich Laserstrahlen mit einer Wellenlänge λ von 100 - 1500 nm, insbesondere von 1000 - 1500 nm bewährt. Die Leistungsdichte sollte 114 - 220 J/cm², insbesondere 124 - 150 J/cm², bei einer Einwirkzeit von 0,2 - 0,8 s/mm², insbesondere 0,5 - 0,7 s/mm², betragen. Vorteilhafte Ergebnisse sind mit einem Nd-YAG-Festkörperlaser (λ = 1,06 µm) mit einem Brennfleckdurchmesser zwischen 0,05 - 0,1 mm Durchmesser bei einer Wiederholfrequenz 0,5 - 15 KHz unter einer Stromstärke von 10-25 A und einer Geschwindigkeit von 5 - 50 mm/s, insbesondere von 5-15 mm/s, zu erzielen. Die Diffusionsmenge hängt von Stromstärke mal Modenzahl durch Geschwindigkeit ab. Die Erweichungstemperatur des Kunststoffes sollte dabei mindestens 30° C über der Sublimationstemperatur des Farbstoffes liegen.

[0011] In einer besonderen Durchführung des Verfahrens wird der direkt auf die Oberfläche flächig aufgebrachte Sublimationsfarbstoff eindiffundiert.

[0012] Durch flächiges Aufbringen eines Farbstoffes durch Schütten, Sprühen, Streichen oder Drucken ist es möglich, jedes Zeichen mit dem Laserstrahl entsprechend dem vorgegebenen Verlauf abzufahren. Die nicht eindiffundierten Reste an Farbstoffen werden anschließend entfernt.

[0013] In einer anderen Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff auf einem Trägermaterial an der Oberfläche des Kunststoffes vorbeigeführt.

[0014] Mit Hilfe von Trägermaterial, das aus Papier, Gewebe oder Folie bestehen kann, wird der Sublimationsfarbstoff an die Stelle herangeführt, wo der Laserstrahl auftrifft. Vorteilhaft ist hierfür eine Vorrichtung mit einem schrittweise durchlaufenden Band, welches vor der Benutzung von einer Spule ab-und nach dem Signieren auf der nächsten Spule wieder aufgewickelt wird.

[0015] In einer vorteilhaften Durchführung des Verfahrens wird dem gasförmigen Farbstoff der Weg entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles gesperrt.

[0016] Durch eine gasundurchlässige Schicht, die gleichzeitig als Trägermaterial dienen kann, kann die gasförmige Phase des Sublimationsfarbstoffes nur in Richtung des zu beschriftenden Kunststoffes abwandern.

[0017] In einer nützlichen Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff direkt über das Trägermaterial auf den Kunststoff gepreßt.

[0018] Mittels einer mechanischen Spannvorrichtung oder durch Anlegen von Vakuum bei gasdichtem Trägermaterial werden sehr kurze Wege für das Eindiffundieren des Farbstoffes geschaffen.

[0019] In einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird das Trägermaterial über eine transparente Vorrichtung, die den Laserstrahl nahezu ungehindert durchläßt, gegen den Kunststoff gepreßt.

[0020] Da beispielsweise ein transparenter PU-Körper bei Wellenlängen im Bereich 1000 - 1500 nm, in dem beispielsweise der Nd-YAG-Festkörper-Laser strahlt, bei der üblichen Einwirkzeit praktisch keine Veränderung beim Durchstrahlen mit einem Laserstrahl aufweist, ist es möglich, über Fluidkissen das Trägermaterial sauber anzudrücken, wobei das Fluid als Energieträger beispielsweise zur Vorwärmung des Farbstoffes und damit schnelleren Eintritts in die gasförmige Phase dienen kann.

[0021] In einer weiteren Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff in gasförmiger Phase an den Bereich, wo der Laserstrahl auftrifft, mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Verdichtung vorbeigeführt.

[0022] Durch Zuführen von Farbstoff in gasförmiger Phase mit hoher Geschwindigkeit und Verdichtung durch trichterförmige Ausbildung des Gaskanals kann ein intensiver Effekt erzielt werden, wobei der überschüssige Farbstoff immer wieder sofort abgesaugt wird, um erneut dem Kreislauf zugesetzt zu werden.

[0023] In einer Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff in thermoplastisch verarbeitbare, gießfähige oder preßbare Kunststoffe eindiffundiert.

[0024] Das Verfahren kann unter anderem vorteilhaft bei Werkstoffen wie Acrylnitril-Butadien - Styrol (Novodur

) Celluloseacetat (Cellidor

) - Polyamide (Durethan

) Polycarbonat (Makrolon

), Polyester sowie Polybutylenterephthalat (Pocan

) oder einer Mischung der genannten Polymere sowie vorzugsweise (PC/ABS-Blend (Bayblend

) PC/PBTP-Blend (Makroblend

) sowie Polyurethan als auch Silikonkautschuke eingesetzt werden. Insbesondere sind thermoplastische Werkstoffe verarbeitbar.

[0025] Als Farbstoffe sind Thermodiffusionsfarben und Sublimationsfarben (RESIREN T®) geeignet.

Beispiel 1

[0026] Ein mit Resiren T, blau flächig bedrucktes Transfer-Druckpapier wird auf eine Schreibmaschinentaste aus Novodur PH-AT (ABS) positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkörperlasers anaeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt (λ = 1,06 µm und (in Kreisform)über das Papier geführt. Nach Entfernen des Papiers ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen.

Beispiel 2

[0027] Eine mit Resiren T, rot flächig bedruckte Polyesterfolie (Hostaphan RE 0.050 mm) wird auf eine Schalterabdeckung aus Pocan B 1505 (PBTP) positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkörperlasers angeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt (λ = 1,06 µm) und (in Kreisform)über die Folie geführt. Nach Entfernen der Folie ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen.

Beispiel 3

[0028] Eine mit Resiren T, schwarz flächig bedruckte Polyesterfolie (Hostaphan RE 0,050 n) wird auf einem Kunststoffgehäuse aus Durethan BKV 30 positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkörperlasers angeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt (λ = 1,06µm) und (in Kreisform)über die Folie geführt. Nach Entfernen der Folie ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen.

Ansprüche

1. Verfahren zur Beschriftung von Kunststoffen, indem ein Farbstoff mittels eines Wärmeträgers auf einen Kunststoff übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß über mindestens einen entsprechend den Schriftzeichen steuerbaren Laserstrahl als Wärmeträger der Sublimationsfarbstoff über die gasförmige Phase in die jeweils punktuell erhitzte Oberfläche des Kunststoffes eindiffundiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der direkt auf der Oberfläche flächig aufgebrachte Sublimationsfarbstoff eindiffundiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sublimationsfarbstoff auf einem Trägermaterial an der Oberfläche des Kunststoffes vorbeigeführt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem gasförmigen Farbstoff der Weg entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles gesperrt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sublimationsfarbstoff direkt über das Trägermaterial auf den Kunststoff gepreßt wird.

6. Verfahren nach den Ansprüchen 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Trägermaterial über eine transparente Vorrichtung, die den Laserstrahl nahezu ungehindert durchläßt, gegen den Kunststoff gepreßt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sublimationsfarbstoff in gasförmiger Phase an dem Bereich, wo der Laserstrahl auf die Oberfläche des Kunststoffes auftrifft, mit hoher Geschwindigkeit bei gleichzeitiger Verdichtung vorbeigeführt wird.

8. Verfahren nach Ansprüchen 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, _daß der Sublimationsfarbstoff in thermoplastisch verarbeitbare, gießfähige oder preßbare Kunststoffe eindiffundiert wird.