СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДЕКОРАТИВНЫХ ЗЕРКАЛ И ИЗДЕЛИЙ ИЗ ОПТИЧЕСКИ ПРОЗРАЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
METHOD FOR MANUFACTURING OF DECORATIVE MIRRORS AND ITEMS FROM OPTICALLY TRANSPARENT MATERIALS

Изобретение относится к области легкой промышленности и может быть использовано для получения узоров и рисунков фотографического качества при изготовлении декоративных зеркал и изделий из оптически прозрачных материалов, в частности стекла во всех его проявлениях.
Основные проблемы изготовления декоративных зеркал и изделий из оптически прозрачных материалов, возникающих при получении узоров и рисунков фотографического качества посредством лазерной гравировки, заключаются в том, что стекло аморфно и по всей своей поверхности имеет неоднородную структуру как по плотности, теплопроводности, так и по светопропусканию. Для глаза человека это не заметно и при прямом его использовании (например, в окнах) значения не имеет.
При обработке оптически прозрачных материалов, такой как гравировка, резка, закалка возникают проблемы. В частности, при воздействии лазерным лучом возникают три ситуации:
1. Оплавление стекла на поверхности (выпаривание).
2. Микровзрыв на поверхности с выбросом стеклянной крошки.
3. Микровзрыв внутри стекла без выброса крошки. Причем это происходит хаотично по всей поверхности, и рисунок получается не однородный, не качественный.
Известен способ нанесения меток на прозрачные материалы (в частности стекло), заключающийся в гравировке лазерным лучом углублений, образующих рассеивающие центры, методом выпаривания (оплавления), создающие видимый рисунок при определенном угловом обзоре (Пат. США №3657085, кл. B01G 01/01, опубл. 1972 г.).
Известен также способ изготовления декоративного изделия, включающий нанесение на стекло изображения термическим напылением кристаллов на предварительно нагретую подложку до температуры плавления. Формирование рисунка осуществляется с помощью трафаретов (Авторское свидетельство №1593564, кл. В44С 01/08, опубл. 1990 г.).
Недостатком описанных выше способов нанесения изображения фотографического качества на зеркальную поверхность лазерным излучением является частичное удаление нанесенного металла (амальгамы) на стекло. При этом рисунок получается зеркально матовым. Хороших результатов можно добиться, как правило, только на темных зеркалах с титановым покрытием, так как алюминиевая или серебряная амальгама обладают высокой свето и теплоотражающей поверхностью, и имеют довольно неравномерную толщину покрытия при стандартных режимах напыления в вакууме.
Как следствие, при стандартном способе нанесение рисунка по амальгаме зеркала получается изделие довольно низкой художественной выразительности.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату является способ художественно-графической отделки поверхности стеклоизделий, включающий чистовую обработку поверхности изделия, формирование рисунка с помощью лазерного луча на тыльной поверхности изделия и последующую очистку поверхности изделия от сколов и пыли (Патент РФ, №2175648, кл. С03В 33/00, опублик. 1999 г.).
Недостатком описанного выше способа нанесения изображения фотографического качества на поверхность изделия является недостаточная художественная выразительность нанесенного рисунка.
Техническим результатом, ожидаемым от использования изобретения, является повышение художественной выразительности изготовленных декоративных зеркал и изделий из оптически прозрачных материалов путем обеспечения передачи особенности полутонов изображения игрой света на гранях микросколов, т.е. получение зеркально-искристого изображения.
Указанный технический эффект достигается тем, что в способе изготовления декоративных зеркал и изделий из оптически прозрачных материалов, включающем чистовую обработку поверхности изделия, формирование рисунка с помощью лазерного луча на тыльной поверхности изделия и последующую очистку поверхности изделия от сколов и пыли, перед формированием рисунка на тыльную поверхность изделия наносят слой непрозрачной эмульсии на водной основе и подвергают его сушке, а формирование рисунка осуществляют при температуре светового пятна в точке фокусирования лазерного луча, доведенной до значения плавления стекла и/или эффекта микровзрыва на обрабатываемой поверхности, при этом в точку фокусирования лазерного луча на обрабатываемую поверхность одновременно подают струю сжатого очищенного воздуха под давлением не более 1,5 атм, а после очистки поверхности изделия от сколов и пыли на него наносят зеркальное покрытие. А также тем, для очистки поверхности изделия от сколов и пыли на нее наносят нетвердеющий лак, застывающий в виде пленки, которую снимают после ее застывания с налипшими на нее сколами и пылью, и тем, что для очистки поверхности изделия от сколов и пыли используют клейкую ленту типа «скотч».
Способ изготовления декоративных зеркал и изделий из оптически прозрачных материалов с получением узоров и рисунков фотографического качества на зеркальной поверхности по изобретению заключается в формировании графических элементов рисунка воздействием светового пятна лазерного излучения диаметром не менее 4 мкм по точкам растрового изображения с разрешением до 800 DPI.
Температуру светового пятна в точке фокусирования лазерного луча доводят до значения плавления стекла и/или до эффекта микровзрыва на поверхности за счет резкой разницы температур обрабатываемой поверхности и светового пятна в точке фокусирования лазерного луча. Затем удаляют сколотые и надколотые частицы стекла оригинальной методикой и осуществляют вакуумное напыление на обработанную поверхность различных материалов, таких как алюминий, титан и т.д. для получения различной цветовой гаммы зеркал.
Лазерная гравировка основана на распылении или скалывании твердых частиц поверхности слоя. В точке воздействия лазерного луча на поверхности происходит испарение материала или микровзрыв с выбрасыванием с поверхности небольшой части основы.
Долговечность нанесенного изображения максимальна и определяется самим материалом - изображение и материал теперь единое целое. Изображение, выполненное с помощью лазерной гравировки, выгодно отличается высоким разрешением и отличным качеством, точностью, изяществом и детализацией каждой линии, что позволяет добиться особого декоративного эффекта.
Способ осуществляется следующим образом.
Поверхность стекла со стороны будущей гравировки, являющейся тыльной стороной зеркала или изделия из оптически прозрачных материалов, моют и обезжиривают спиртами или растворами на их основе.
На подготовленную поверхность валиком или распылителем равномерно наносят тонкий слой непрозрачной эмульсии на водной основе и оставляют до полного высыхания при комнатной температуре примерно на 15-40 мин. Время высыхания эмульсии на водной основе зависит от толщины нанесенного слоя и консистенции эмульсии и колеблется в пределах 15-40 мин.
После высыхания поверхность накраски должна иметь матово-бархатистую фактуру, не образовывать трещин и не давать отлипа, но при этом оставаться рыхлой и легко удаляться салфеткой.
Далее на поверхность с нанесенной эмульсией растровым методом с помощью лазерного луча наносят изображение. Световое пятно в точке фокусирования лазерного луча должно быть диаметром не менее 4 мкм по точкам растрового изображения с разрешением до 800 DPI. В точку фокусирования лазерного луча на обрабатываемой поверхности подают струю сжатого очищенного воздуха под давлением не более 1,5 атм.
Температуру светового пятна в точке фокусирования лазерного луча на обрабатываемую поверхность доводят до значения плавления стекла и/или до эффекта микровзрыва на поверхности за счет резкой разницы температур обрабатываемой поверхности и светового пятна лазера.
Рыхло высокодисперсионная, непрозрачная эмульсия на водной основе убирает все недостатки поверхности стекла, т.к. фактически гравируется не стекло, а эмульсия. Эмульсия не позволяет лазерному лучу проникнуть вглубь стекла и произвести внутренний микровзрыв, а сжатый очищенный воздух под давлением примерно 1,5 атм, поданный непосредственно в точку фокуса лазера, не позволяет стеклу нагреться. На стекло воздействует только тепловой удар, и оно взрывается на поверхности из-за разницы температур охлажденного воздухом стекла и светового пятна в точке фокусирования лазерного луча. Подача сжатого очищенного воздуха под давлением решает и вторую задачу: удаляет выбитую стеклянную крошку с последующих точек воздействия лазера в любом месте поверхности. Подачу воздуха осуществляют через специальную конусную насадку на лазер. Большинство поднятых с поверхности стекла частиц удаляют через зону разряженного воздуха, созданного любым промышленным пылесосом компрессора с системой фильтров.
Диаметр и температуру светового пятна в точке фокусирования лазерного луча выбирают так, чтобы при воздействии на поверхность стекла произошло не оплавление стекла, а микровзрыв. При этом в точке воздействия образуется микроворонка глубиной до 0,1 мм с рваными краями, имитирующими грани.
Эффект микровзрыва достигают сочетанием двух условий: резкой разницы прозрачности сред воздуха и эмульсии на стекле, а так же температур стекла и светового пятна в точке фокусирования лазерного луча.
Сочетание этих двух условий устраняет эффекты оплавления и микровзрыва внутри стекла.
Затем производят очистку поверхности с нанесенным на нее рисунком. Эмульсия и спекшаяся крошка легко удаляется несколькими влажными салфетками.
Однако, как показала практика гравировки стекла, эффект оплавления избежать невозможно. Поэтому в процессе точечного прожига стекла от поверхности отрывается лишь до 30% стеклянной крошки. Остальная часть спекается особенно при высокой плотности гравировки 200-800 DPI. На этом этапе все процессы лазерной гравировки по стеклу и заканчиваются, лишь заливаются лаком для уменьшения абразивности.
Если на такое стекло нанести амальгаму, то она ложится лишь поверхностно на спекшиеся кристаллы, не попадая на внутренние грани воронки, и рисунок получается зеркально матовым и пятнистым.
При последующей обработке и эксплуатации зеркал, при механическом воздействии и изменении окружающей среды (температура, давление, влажность) часть стеклянной крошки осыпается вместе с амальгамой, и получается так называемый эффект «звездного неба», и полностью теряется эффект художественности зеркала.
Ни один применяемый способ очистки стекла от спекшейся крошки не подходит к изготовлению зеркал с гравировкой, так как либо вносит дополнительные дефекты, либо просто очень сложен и дорог.
Так ультразвуковая очистка в ванной позволяет обрабатывать только маленькие по размеру поверхности, что обусловлено самим оборудованием. Виброочистка требует много дополнительного оборудования, площадей и не нашла применения на практике.
Просто механическая очистка стекла требует применение щеток определенной жесткости, например медной, за счет их абразивности вносит множество мелких царапин на чистый участок стекла и позволяет обрабатывать только, как правило, центр рисунка с невозможностью очистки краев и т.д.
Процесс очистки стекла по изобретению прост и оригинален, дешев и не требует дополнительного оборудования и может осуществляться следующим образом:
1 вариант. На стекло наносят в несколько слоев нетвердеющий лак, например, используемый в автопромышленности для защиты автомобилей от гравия, так называемой «антигравийный лак» любой фирмы производителя. После высыхания он образует эластичную пленку, которая снимается с поверхности стекла с приклеившимися к нему пылью и спекшейся крошкой. После одной обработки открывается до 90% пор. При необходимости обработку можно повторить.
При описанном способе очистки поверхности изделия от сколов и пыли существует опасность вредного воздействия химических элементов, входящих в состав лака, на организм человека. Работы надо проводить в соответствующем, хорошо вентилируемом помещении, что ограничивает его применение для малых предприятий.
2 вариант. Второй вариант очистки еще проще и показывает ее результат сразу в процессе применения. Используется обыкновенная клейкая лента или пленка типа «скотч» необходимой ширины, или любая другая пленка, имеющая соответствующую прочность основы с качественным и равномерномерно нанесенным клеевым покрытием. Пленка наклеивается на гравированную поверхность и тщательно разглаживается. Клеевой слой обеспечивает прилипание всей стеклянной крошки к пленке. При снятии пленки создается эффект волны и удаляются не только приклеенные частицы, но и зацепившиеся за них соседние частицы. И стекло очищается практически полностью. При необходимости процесс повторяется.
Полученное в конечном результате отгравированное и очищенное стекло передается на предприятие, производящее вакуумное напыление металлов, таких как алюминий, серебро или оксид титана, в зависимости от цвета зеркала, которое необходимо получить.
В процессе напыления, в частности алюминия, атомы металла осаждаются не только на ровную поверхность, но и покрывают все глубинные сколы изнутри, создавая имитацию вкрапленных стразов.
Полученное таким способом зеркало создает неповторимую игру света и тени, имитируя объемные изображение внутри стекла, выполненное микростразами.
Пример осуществления способа
Поверхность стекла, являющуюся будущей тыльной стороной изделия, мыли и обезжиривали изопропиловым спиртом.
На подготовленную поверхность валиком или распылителем равномерно наносили тонкий слой непрозрачной эмульсии на водной основе. Обработанное эмульсией стекло подвергли просушке при комнатной температуре примерно в течение 15-45 мин. Состав эмульсии в весовых частях:
Декстрин
100
Вода
250-280
Глицерин
30-50
Пигмент
500
После высыхания поверхность накраски имела матово-бархатистую фактуру, не образовывала трещин и не давала отлила. Поверхность накраски осталась рыхлой и легко удалялась салфеткой.
Затем на стекло с эмульсионным слоем с помощью лазерного луча наносили изображение. Световое пятно в точке фокуса лазерного луча на обрабатываемую поверхность было диаметром от 4 мкм по точкам растрового изображения с разрешением до 800 DPI. Температуру светового пятна в точке фокуса лазерного луча доводили до значения плавления стекла и/или до эффекта микровзрыва на поверхности за счет резкой разницы температур обрабатываемой поверхности и светового пятна в точке фокуса лазерного луча на обрабатываемую поверхность. В точку фокуса лазерного луча на обрабатываемую поверхность подавали струю сжатого очищенного воздуха под давлением примерно 1,5 атм. Подачу воздуха осуществляли через специальную конусную насадку на лазер.
Был проведен ряд испытаний. Давление струи сжатого воздуха варьировали в пределах от 0,1 атм до 2,0 атм. Охлаждение стекла до температуры, достаточной для получения эффекта микровзрыва, происходило с разницей во времени. Чем меньше давление, тем процесс охлаждения стекла происходил медленнее и на меньшую глубину. Поскольку при выполнении рисунка необходимо выполнять линии различной глубины, давление струи сжатого воздуха варьируют в пределах от 0,1 атм до 1,5 атм. Струя сжатого воздуха под давлением в указанных пределах эффективно сдувает стеклянную крошку от предыдущего микровзрыва.
При давлении струи сжатого воздуха большем чем 1,5 атм эмульсия «сдувалась» со стекла из-за слабой адгезии, образовывались оголенные места, что делало затруднительным выполнение рисунка требуемого качества. Таким образом, оптимальным давлением является давление не более 1,5 атм. При использовании давления не более 1,5 атм происходит совмещение всех факторов - достаточное охлаждение поверхности стекла, сохранение эмульсии на его поверхности и очистку обрабатываемой поверхности от стеклянной крошки.
Большинство поднятых с поверхности стекла частиц удаляли через зону разряженного воздуха посредством промышленного пылесоса-компрессора с системой фильтров.
В точке воздействия образовывалась микроворонка глубиной до 0,1 мм с рваными краями, имитирующими грани.
После нанесения рисунка производили очистку стекла.
Очистку стекла осуществляли двумя вариантами.
1 вариант. На стекло наносили в несколько слоев нетвердеющий лак, например используемый в автопромышленности для защиты автомобилей от гравия, так называемой «антигравийный лак». После высыхания застывший в виде эластичной пленки слой снимали с поверхности стекла с приклеившейся к нему спекшейся крошкой. После одной обработки было выявлено, что открывается до 90% пор. При необходимости обработку можно повторить. Работы проводились в соответствующем, хорошо вентилируемом помещении.
2 вариант. Была использована пленка типа (скотч) соответствующей ширины с качественным и равномерномерно нанесенным клеевым покрытием. Пленку наносили на гравированную поверхность и тщательно разглаживали. Клеевой слой обеспечивал качественное прилипание всей стеклянной крошки к пленке. При снятии пленки создавали эффект волны и удаляли не только приклеенные частицы, но и зацепившиеся за них соседние частицы. И стекло было очищено практически полностью.
Затем производили вакуумное напыление металлов, а именно алюминия, серебра или оксида титана, в зависимости от цвета зеркала, которое необходимо было получить.
В процессе напыления, в частности алюминия, было получено равномерное покрытие как на ровной поверхности, так и на всех глубинных сколах изнутри, создавая имитацию вкрапленных стразов.