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CN101014468A - 用于施加图案的方法和设备、具有这种图案的元件和装置 - Google Patents

用于施加图案的方法和设备、具有这种图案的元件和装置 Download PDF

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CN101014468A
CN101014468A CNA2005800293798A CN200580029379A CN101014468A CN 101014468 A CN101014468 A CN 101014468A CN A2005800293798 A CNA2005800293798 A CN A2005800293798A CN 200580029379 A CN200580029379 A CN 200580029379A CN 101014468 A CN101014468 A CN 101014468A
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J·H·S·范德沃德－温克尔
G·J·德乔恩格
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Abstract

本发明涉及用于向覆有涂层的衬底施加装饰图案的方法和设备、包括具有这种图案的覆有涂层的表面的元件、以及具有这种元件的装置。该方法在涂层中使用图案的激光烧蚀，接着在激光烧蚀的图案中施加油墨。根据本发明的方法在涂层性质方面比已知方法更加灵活。

Description

用于施加图案的方法和设备、 具有这种图案的元件和装置
技术领域
本发明涉及用于向覆有涂层的衬底施加图案的方法和设备。本发明进一步涉及包括具有这种图案的覆有涂层的表面的元件。本发明还涉及配备有这种元件的装置。
背景技术
许多装置，诸如电子装置、音频和视频装置，都具有装饰图案或信息图案。例如，装置的按钮可能设置有关于该按钮的功能的信息，而诸如制造者标志的装饰图案也可能被施加。
在衬底上施加装饰图案或信息图案通常通过移印技术来实现。然而移印技术是相当不灵活的，因为印刷可获得的质量和分辨率相当大地取决于要施加图案的表面的特性。
通过喷墨印刷可能获得较高灵活性。然而，通过喷墨印刷技术可获得的分辨率也受到衬底特性的限制。为了达到高分辨率印刷，衬底需要具有合适的吸墨属性。这使得喷墨印刷技术相当不灵活。许多类型的衬底不具有合适的吸收属性，使得所施加的油墨在表面上不期望地流动，结果造成具有相当低的分辨率的模糊图案。因此，这些印刷技术不能在某些不合适的衬底上高分辨率地应用，特别是在诸如有色漆和塑料或金属涂料的涂层上。
已知的印刷技术的另一缺点是所印刷的图案具有相当差的机械抗力。例如，印刷在经常使用的装置的某些按钮上的信息易于被从按钮表面磨损掉。
发明内容
本发明旨在提供一种用于以相对高的分辨率向覆有涂层的表面施加持久图案的方法，其在涂层性质方面比已知方法更加灵活。
本发明提供了一种向覆有涂层的衬底施加图案的方法，包括以下步骤：A)在涂层中激光烧蚀图案，以及B)在激光烧蚀的图案中施加油墨。激光烧蚀提供了容纳油墨的高分辨率图案，因此防止了油墨的流动，并且保持了高分辨率，而与涂层性质无关。因此，由于根据本发明的方法，现在即使在将会造成油墨流动和模糊的涂层上也可以获得高分辨率图案。由激光烧蚀的微细节甚至可以通过毛细作用力吸收油墨。此外，当图案的油墨被嵌入涂层中时，与印刷在涂层之上的图案相比较，该图案更不容易受到磨损。另外，油墨较少受到化学品的影响，因此，与常规印刷的图案相比较，进一步提高了耐久性。
优选地，将激光烧蚀限制到定位于远离衬底的涂层表面处的涂层的一部分。因此，衬底保持由涂层完全覆盖，并且油墨不接触衬底。因此，在本方法的过程中，衬底保持被涂层保护不受环境影响。尤其优选地，涂层的激光烧蚀部分包括多层涂层的顶层。在多层涂层中，可以选择顶层以具有特别适合于激光烧蚀的特性，从而产生高质量的图案。
优选地，涂层包括溶胶-凝胶涂层。溶胶-凝胶涂层的激光烧蚀产生特别锐利切割的图案，以实现高分辨率。缺乏熔点的基于硅烷的材料构成溶胶凝胶涂层的主要成分。具有可熔涂料的涂层通常在分辨率方面受到一些影响，这是因为涂料在图案轮廓处的部分熔化。溶胶凝胶涂层的熔点缺乏导致锐利切割的激光烧蚀图案，实现了最佳的图形分辨率。
在本发明的优选实施例中，油墨包括可照射固化成分，以及本方法还包括以下步骤：C)在施加后照射油墨材料。照射的使用允许图案中的油墨的受控固着。照射可以为任何种类的合适的照射，其取决于油墨中的可照射固化成分。例如，照射可包括红外光，使得可热固的油墨变硬。优选地，油墨包括可UV固化成分，并且照射包括使用UV光。UV代表紫外照射，并且允许合适成分的快速固化。许多方便的可UV固化的成分是合适的。
优选地，在步骤B)中，油墨材料通过微滴法施加在烧蚀的图案中。微滴法允许油墨精确分配到图案的准确位置。尤其优选地，微滴法包括喷墨法。喷墨法适用于快速、少量、精确地施加油墨。
在本发明的优选实施例中，本方法的步骤由公共控制装置驱动。典型地包括微处理器的公共控制装置允许方法的自动化，允许高速执行受控处理。
本发明还提供了一种用于执行根据本发明的任何方法的设备，其特征在于，该设备包括：用于在衬底的涂层中进行图案烧蚀的激光装置；用于在烧蚀的图案中施加油墨的涂布装置；用于定位衬底的定位装置；以及用于驱动激光装置和涂布装置的控制装置。这种设备适用于以相对高的分辨率向覆有涂层的表面施加装饰图案，其在涂层性质方面比已知方法更加灵活。该设备允许以自动方式施加这种图案，从而以受控方式提供快速生产的优势。该设备可以是独立装置，但也可以集成到生产线中。该设备还可以包括用于其他生产步骤的装置，例如用于向衬底施加涂层的装置。
优选地，控制装置还驱动定位装置。与激光装置和涂布装置的优化的协作允许较高的生产速度。
在优选实施例中，设备还包括照射装置。其允许使用可照射固化的油墨来填充图案，用于使图案内的油墨较快固着。例如，照射装置可包括灯或激光器，其典型地以比激光烧蚀步骤采用的切割激光器较低的功率运行。优选地，照射装置包括UV光装置。UV光允许可UV固化的油墨的快速固化。例如，UV装置可包括UV灯或低功率UV激光器。
优选地，涂布装置包括微滴头。微滴头能够将精确少量的油墨递送到烧蚀的图案。此外，可能以高精度定位微滴头，从而最小化油墨的溅出。尤其优选地，微滴头是喷墨头。喷墨头递送很少量的油墨，允许较高精度。此外，喷墨头允许以高油墨施加率进行操作。
本发明进一步提供了一种包括具有通过根据本发明的方法获得的图案的覆有涂层的表面的元件。这种装饰的元件提供有具有高耐久性的图案，同时油墨嵌入涂层中，从而不易受到化学和机械磨损。此外，获得的图案的分辨率可能相对高。此外，使用根据本发明的方法允许在选择涂层中的较大灵活性。
在优选实施例中，图案嵌入定位于远离衬底的涂层表面处的涂层的一部分。衬底保持由涂层完全覆盖，并且油墨不接触衬底。尤其优选地，涂层的激光烧蚀部分包括多层涂层的顶层。在多层涂层中，可以选择顶层以具有特别适合于激光烧蚀的特性，从而产生高质量的图案。
优选地，涂层包括溶胶凝-胶涂层。溶胶-凝胶涂层的激光烧蚀产生特别锐利切割的高分辨率图案，允许图案中非常好的微细节，是许多其他涂层难以实现的。在多个材料层层叠以形成涂层的多层涂层中，优选地至少顶层是溶胶-凝胶层，其产生最佳的视觉外观。
本发明还提供了一种包括至少一个元件的装置，所述元件包括具有通过根据本发明的方法获得的图案的覆有涂层的表面。因此，在该元件上的图案具有高耐久性、增加的化学和机械耐磨性，同时可获得较高分辨率。该图案可能特别用于在反复的机械和/或化学应变条件下操作的装置中使用的元件，例如为了操作该装置反复按压的按钮。
在优选实施例中，该装置是电动剃须刀。例如，电动剃须刀的剃须单元可以具有使用根据本发明的方法施加的涂层和装饰图案。该剃须单元在剃须期间承受大量机械和化学应变(有或者没有剃须添加剂的帮助，特别是剃须前和剃须后的滋补剂、泡沫和油的腐蚀性成分)。然而，施加的图案受到保护，这是因为与例如使用常规印刷技术印刷在涂层之上的图案相比较，其具有提高的耐久性。
附图说明
现在将通过后面的示例进一步解释本发明。
图1a、1b、1c示出根据本发明的方法的概略示意图。
图2示出施加到具有多层涂层的衬底的各种图案。
图3示出根据本发明的方法设置有具有施加到其上的图案的元件的装置。
图4示出根据本发明的方法设置有具有施加到其上的图案的元件的另一装置。
具体实施方式
图1a示出根据本发明的方法的激光烧蚀步骤。图中示出覆有涂层2的衬底1。根据本发明通过一种设备施加图案，该设备包括用于操作切割激光器4的控制器单元3、喷墨头5和UV光源6。此外，公共控制器单元通过诸如传动带、可调夹头或机器人臂的定位装置(图中未示出)相对于切割激光器4、喷墨头5和UV光源6来定位衬底1。这些定位装置允许在衬底表面的任何部位上施加图案。在该图中，由切割激光器4生成的激光束7通过涂层2的至少一部分的激光烧蚀将图案施加到涂覆的表面中，从而产生间隙8。在该非限制性的示例中，间隙从涂层2的顶面延伸至衬底1的顶面。然而也可能烧蚀较浅的间隙8，仅在涂层2的厚度的一部分上延伸。因此，衬底1将保持完全被涂覆，从而持续保护衬底1免受环境危害。另一方面，也可以使由激光烧蚀产生的间隙8延伸超出涂层2并进入衬底1，从而产生具有提高的耐久性的更深的图案。
图1b示出激光烧蚀的图案中的油墨施加。编号与图1a中的编号一致。现在，喷墨头5’已由控制器单元3’引导在激光烧蚀的间隙8’上方被精确定位。间隙8’被由喷墨头5’施加的可UV固化的油墨的微滴9填充。液态填充油墨10被施加至涂层2’的上部表面水平，从而获得平滑的表面。
图1c示出可UV辐射固化的油墨的固化。编号与图1a和1b中的编号一致。控制器单元3”已在填充有可UV固化的油墨10”的激光烧蚀的间隙8”上方引导UV光源6”。UV辐射快速精确地固化可UV固化的油墨。控制器3”可以在衬底1”的不同区域上同时操作切割激光器4”、喷墨头5”和UV光源6”，以获得快速处理。此外，较慢操作单元的数量可以是最快操作单元的数量的倍数，从而最优化处理的生产速度。例如，执行根据本发明的方法的设备可以包括一个能够很快执行激光烧蚀步骤的激光器和多个(例如三个)相对较慢执行在烧蚀的图案中施加油墨的喷墨头。
图2示出施加到具有多层涂层41的衬底40的各种图案。多层涂层41包括三个层叠的涂层：底层42，施加到衬底40上；中间层43，施加到底层42的表面上；以及顶层44，覆盖在中间层43上。这些层42、43、44已在各自的涂覆步骤中施加到衬底40上。在这个示例中，选择了任意三层涂层41，但本领域技术人员应该了解，示例可以变化并用于任何涂层，例如一层涂层、两层涂层或具有多于三层的涂层。图中示出施加到层叠的涂层41的多种图案。第一图案45由传统方法施加，是通过将油墨简单地印刷到顶涂层44上面。第一图案相当容易磨损。第二图案46根据本发明被施加，是通过激光烧蚀顶涂层44的厚度的一部分，然后施加油墨以填充激光烧蚀的间隙。相比于第一图案45，该第二图案46具有改进的耐久性。第三图案47示出激光烧蚀到多层(顶层44和中间涂层43的一部分)中的间隙，随后该间隙仅被油墨部分地填充。因此，油墨表面位于顶层44的表面以下，导致增强的耐久性和审美上漂亮的效果。第四图案48位于顶层之下。这是通过以下方式获得：在施加顶涂层44之前，激光烧蚀中间涂层43和底涂层42，并且用油墨填充激光烧蚀的间隙。因此，顶涂层44密封图案48，导致改进的耐久性。优选地，顶层是至少部分半透明的，以使图案48可见。第五图案49是被激光烧蚀穿过涂层41并进入衬底40的图案的示例，导致图案49的改进的耐久性。最后的图案50是部分嵌入涂层41并且部分延伸在顶层44的表面上的图案的示例。这导致漂亮的视觉效果。尽管从顶涂层44延伸的图案部分可能由于反复机械应变而易于磨损，但图案50的耐久性被保持，因为嵌入涂层41中的图案50的部分受益于通过根据本发明的方法提供的改进的耐久性。
图3示出便携式媒体播放器装置20，例如mp3播放器，其上使用根据本发明的方法施加各种装饰和信息图案。媒体播放器装置20设置有多个操作按钮21、输入输出端口22和控制屏23。操作按钮21容易被磨损，因为它们在操作媒体播放器装置20期间处于反复应变状态。以任何流行色彩的涂漆精饰(finish)所有按钮21。操作按钮21设置有信息标记、指示符和铭文，显示它们的功能(例如，常见的播放、停止/暂停和菜单滚动按钮)，该信息标记、指示符和铭文是通过使用根据本发明的方法施加对比色油墨获得的。根据本发明的方法的结果是信息标记、指示符和铭文，其中与印刷在涂漆顶部上的标记相比较，其具有高得多的耐磨性。在此示出的装置20的按钮不会因为由于这些按钮的反复使用而丢失它们的标记。此外，由于使用激光烧蚀，标记的分辨率可以显著变高。此外，涂漆的类型或可用于该装置的其他涂料是非常灵活的。使用根据本发明的方法装饰的媒体播放器装置20的其他部分是输入输出端口22的指示25和屏幕23的边框26。
图4示出电动剃须刀装置30。特别是在操作期间接触用户皮肤的部分易于磨损，并且还可能受到诸如剃须前和剃须后剃须添加剂的影响。剃须刀30的剃须单元31通过在剃须刀30所有外表面上延伸的有色涂层被保护免受可能在剃须期间发生的反复机械和化学应变。装饰图案32，例如制造商标志，使用根据本发明的方法被施加到有色涂层的特定部分。由于有色涂层中图案的嵌入性质，该图案具有改进的能力来抵挡机械和机械危害，如果替代地施加传统印刷的图案，机械和机械危害通常将导致图案的磨损。使用本发明的方法施加的图案32的另一优点是较容易获得相对高的分辨率。由于反复使用也易于磨损的剃须刀装置30的其他元件是操作按钮33。因此，操作按钮33上的指示符可使用根据本发明的方法来施加。
本领域技术人员应该了解，本发明的宽范围明显不受在此明确示出的示例的限制。对于本领域技术人员而言，对于根据本发明的方法、执行该方法的设备以及各种元件和装置上本方法的应用的各种变形都是可能的。

Claims (20)

1.一种向覆有涂层的衬底施加图案的方法，包括以下步骤：
A)在该涂层中激光烧蚀该图案；以及
B)在该激光烧蚀的图案中施加油墨。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将该激光烧蚀限制到定位于远离该衬底的该涂层表面处的该涂层的一部分。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该涂层的激光烧蚀部分包括多层涂层的顶层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该涂层包括溶胶-凝胶涂层。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该油墨包括可照射固化的成分，以及本方法还包括以下步骤：
C)在施加后照射油墨材料。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，该油墨包括可UV固化的成分，并且该照射包括使用UV光。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤B)中，该油墨材料通过微滴法施加在该烧蚀的图案中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，该微滴法包括喷墨法。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该方法的步骤由公共控制装置驱动。
10.一种用于执行根据前述权利要求中任一项的方法的设备，其特征在于，该设备包括：
激光装置，用于在衬底的涂层中进行图案烧蚀；
涂布装置，用于在该烧蚀的图案中施加油墨；
定位装置，用于定位该衬底；以及
控制装置，用于驱动该激光装置和该涂布装置。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，该控制装置还驱动该定位装置。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，该设备还包括照射装置。
13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，该照射装置包括UV光装置。
14.根据权利要求10至13中任一项所述的设备，其特征在于，该涂布装置包括微滴头。
15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，该微滴头是喷墨头。
16.一种元件，包括覆有涂层的表面，具有通过根据权利要求1至9中任一项的方法获得的图案。
17.根据权利要求16所述的元件，其特征在于，该图案嵌入定位于远离该衬底的该涂层的表面处的该涂层的一部分。
18.根据权利要求17所述的元件，其特征在于，该涂层包括溶胶凝-胶涂层。
19.一种装置，包括至少一个根据权利要求16至18中任一项的元件。
20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，该装置是电动剃须刀。
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