MARKING PROCESS FOR PLASTICS

Abstract: With the aid of a directable laser beam, a material capable of being sublimed is diffused in the gaseous phase into the surface area region as a graphic character of any colour.

Description: Verfahren zur Beschriftung von Kunststoffen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschriften von Kunststoffen, indem ein Farbstoff mittels eines Wa"rmetra- gers auf einen Kunststoff übertragen wird. Bei MeB-, 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. Bekannt ist der Transferdruck, bei dem ein mit Farbstoff versehener Trager aus Papier mittels eines heissen Druckstempels bei leichtem Anpressdruck gegen den Kunststoff gedrückt wird, wobei der Farbstoff auf die Oberfläche übertragen wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass für Jedes Zeichen besondere Stempel notwendig sind, so dass das Verfahren unflexibel hinsichtlich Schriften und teuer bei aeringeren Stuckzahlen 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. Bekannt ist ferner das Beschriften eines Kunststoffteiles mit einem Laserstrahl, wobei dieser entsprechend dem Schriftzuq oeführt wird. Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass es durch die Einwirkung der Energie des Laserstrahl es zu irreversiblen Umsetzungen im Kunststoff kommt, die meist mit signifikanten Farbänderungen verbunden sind. Die Farb änderung ist nur bedingt einstellbar; das heisst es ist nur eine helle Schrift auf dunklem Untergrund bzw. eine dunkle Schrift auf hellem Hintergrund möglich. 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 obigem Hintergrund nur durch zeichnerische oder elektronische Vorgabe erzeugt werden können, wobei eine Zerstörung des Kunststoffes nicht eintreten darf Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass über mindestens einen entsprechend den Schriftzeichen steuerbaren Laserstrahl als Warmeträger der Subl imationsfarb- stoff über die gasförmige Phase in die jeweils punktuell erhitzte Oberfläche des Kunststoffes eindiffundiert wird. Es wurde überraschend gefunden, das mittels einer kurzwelligen Strahlung, insbesondere eines Laserstrahles, der Subl imationsfarbstoff trotz Phasenwechsel ohne wesentliche Veränderung der Farbe in die entsprechend dem oe wünschen 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. sianalrot) und Unterarund beliebig gewählt werden kann. Weaen der kurzen, gezielten, gleichmässigen Einstrahlunaen und der berüh runaslosen Energie-Übertragung tritt keine Materialschädi oung auf. Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemässen Verfahrens ist die Flexibilität, da der Laserstrahl über Leitlinien (Zeichnungen) bzw. EDV-Programme gesteuert werden kann. Für- eine farbige Bedruckung haben sich Laserstrahlen mit einer Wellenlänge 2 von 100 - 1500 nm, insbesondere von 1000 - 1500 nm bewährt. Die Leistungsdichte sollte 114 - 220 J/cm 2, insbesondere 124 - 150 J/cm2, bei einer Einwirkzeit von 0,2 - 0,8 s/mm4 insbesondere 0,5 0,7 s/mm2, betragen. Vorteilhafte Ergebnisse sind mit einem Nd-YAG-Festkörperlaser ( - 1,06 ,um) mit einem Brennfleckdurchmesser zwischen OaD5 - 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. In einer besonderen Durchführung des Verfahrens wird der direkt auf die Oberfläche flächig aufgebrachte Sublimationsfarbstoff eindiffundiert. Durch flächiges Aufbringen eines Farbstoffes durch Schnitten, Sprühen, Streichen oder Drucken ist es moglich, jedes Zeichen mit dem Laserstrahl entsprechend dem vorgegebenen Verlauf abzufahren. Die nicht eindiffundierten Reste an Farbstoffen werden anschliessend entfernt. In einer anderen Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff auf einem Trägermaterial an der Oberfläche des Kunststoffes vorbeigeführt. 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. In einer vorteilhaften Durchführung des Verfahrens wird dem gasförmigen Farbstoff der Weg entgegengesetzt zur Ausbreitungsrichtung des Laserstrahles gesperrt. Durch eine gasundurchlässige Schicht, die gleichzeitig als Trägermaterial dienen kann, kann die gasförmige Phase des Sublimationsfarbstoffes nur in Richtung des zu beschriftenden Kunststoffes abwandern. In einer nützlichen Durchführung des Verfahrens wird der Sublimationsfarbstoff direkt über das Trägermate ria7 auf den Kunststoff gepresst. Mittels einer mechanischen Spannvorrichtung oder durch Anlegen von Vakuum bei gasdichtem Trägermaterial werden sehr kurze Wege für das Eindiffundieren des Farbstoffes geschaffen. in einer bevorzugten Durchführung des Verfahrens wird das Trägermaterial über eine transparente Vorrichtung, die den Laserstrahl nahezu ungehindert durchlässt, gegen den Kunststoff gepresst. 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 Yor- wärmung des Farbstoffes und damit schnelleren Eintritts in die gasförmige Phase dienen kann. 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. 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 werden4 In einer Durchführung des Verfahrens wird der Sublima tionsfarbstoff in thermoplastisch verarbeitbare, giessfähige oder pressbare Kunststoffe eindiffundiert. Das Verfahren kann unter anderem vorteilhaft bei Werkstoffen wie Acrvlnitril-Butadien - Stvrol (Novodur AR) Celluloseacetat (Cellidor flR) - Polyamide (Durethan DR) Polycarbonat (Makrolon l), Polvester sowie Polybutylen- terephthalat (Pocan flR) oder einer Mischung der aenannten Polymere sowie vorzuosweise (PC/ABS-Blend (Bavblend R) PC/PBTP-Blend (Makroblend n-R) sowie Polvurethan als auch Silikonkautschuke einaesetzt werden. Insbesondere sind thermoplastische Werkstoffe verarbeitbar. Als Farbstoffe sind Thermodiffusionsfarben und Sublima tionsfarben (RESIREN T % geeignet. Beispiel 1 Ein mit Resiren T, blau flächig bedrucktes Transfer Druckpapier wird auf eine Schreibmaschinentaste aus Noto- dur PH-AT (ABS) positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkorperlasers angeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt Cl = 1,06 m und (in Kreisform)über das Papier geführt. Nach Entfernen des Papiers ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen. Beispiel 2 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 erzeuat < = 1,06pm) und (in Kreisform)über die Folie geführt. Nach Entfernen der Folie ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen4 Beispiel 3 Eine mit Resiren Tt schwarz flächig bedruckte Polyesterfolie (Hostaphan RE 0,050 n) wird auf einem Kunststoff gehäuse aus Durethan BKV 30 positioniert und unter der Laser-Optik eines Nd-YAG-Festkörperlasers angeordnet. Es wird ein fokussierter Laserstrahl erzeugt (# = 1,06 m) und in Kreisform)über die Folie geführt. Nach Entfernen der Folie ist der Farbstoff in der bestrahlten Zone in den Kunststoff eingedrungen.

Claims: A process for lettering plastics in which a dye on a support is moved past a plastic surface and is diffused into the plastic surface by means of a laser jet, characterized in that the support material is pressed against the plastic by a transparent device which allows the laser beam to pass through substantially unhindered. A process as claimed in claim 1, characterized in that a plastic pad fillable with fluid is used as the transparent plastic pressing device. A process as claimed in claims 1 and 2, characterized in that the fluid is used to preheat the dye. A process as claimed in claims 1 to 3, characterized in that polyurethane is used as the plastic.

Inventors: DEPCIK, HANS WERNER, ERKELENZ, REINER, DIPL.-ING., FOLTIN, ECKARD, DIPL.-ING., REESE, ECKART, DR.
Applicants: BAYER AG
Application year: 1985
Main classification: B41M1
IPC codes: B41M1, B41M5