DE19613383C1 - Security hologram die made of plastic hardening while retaining flexibility - Google Patents
Security hologram die made of plastic hardening while retaining flexibilityInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Abformstempel zum Aufbringen von Mikrostrukturen insbesondere Oberflächenhologramme, diffrak tive Strukturen oder holographische optische Elemente, auf einen Gegenstand, sowie ein hierfür geeignetes Verfahren.The invention relates to an impression stamp for applying Microstructures, especially surface holograms, diffractive tive structures or holographic optical elements an object, as well as a suitable method.
Mikrostrukturen der genannten Art, insbesondere Oberflächen hologramme, sind heutzutage weit verbreitet. Sie finden sich beispielsweise auf vielen Scheckkarten oder auch auf Soft wareprodukten als Authentizitätsnachweis. Solche Mikrostruk turen haben einen Gitterabstand von ca. 1 µm und eine Struk turtiefe von etwa 0,1 bis 0,2 µm, was drucktechnisch einer Punktdichte von 5000 bis 10 000 Pkte/cm entspricht.Microstructures of the type mentioned, in particular surfaces holograms are widely used today. You find yourself for example on many check cards or on soft goods as proof of authenticity. Such a microstructure doors have a grid spacing of approx. 1 µm and a structure Door depth of about 0.1 to 0.2 microns, which is a printing technology Point density of 5000 to 10,000 pts / cm corresponds.
Bezüglich der Hologramme sind zwei Arten zu unterscheiden, Volumenhologramme und Oberflächenhologramme. Bei Volumenholo grammen ist die das Hologramm bildende Mikrostruktur inner halb einer optisch transparenten Schicht einer Dicke angeordnet, die wesentlich größer als die Wellenlänge des einstrahlenden Lichts ist. Die Mikrostruktur bildet so ein dreidimensionales Gitter, an dem das Licht gebeugt wird. Die Oberflächen solcher Volumenhologramme sind in der Regel glatt. Oberflächenhologramme hingegen, und nur diese sind hier als Teil der vorliegenden Erfindung von Interesse, wer den durch eine einzige Mikrostrukturebene in Gestalt mikro skopischer Vertiefungen auf der Oberfläche eines Körpers gebildet. Der Körper selbst muß dabei nicht notwendigerweise transparent sein. Die Beugungseffizienz von Oberflächenholo grammen ist geringer als die von Volumenhologrammen, jedoch lassen sich Oberflächenhologramme mittels eines Abformstem pels leicht vervielfältigen.There are two types of holograms, Volume holograms and surface holograms. With volume holo the microstructure forming the hologram is internal half an optically transparent layer of thickness arranged which is much larger than the wavelength of the incident light. The microstructure thus imagines three-dimensional grid on which the light is diffracted. The Surfaces of such volume holograms are usually smooth. Surface holograms, however, and only these are of interest here as part of the present invention, who through a single microstructure level in the form of micro scopic indentations on the surface of a body educated. The body itself does not necessarily have to do this be transparent. The diffraction efficiency of surface holo gram is less than that of volume holograms, however surface holograms can be made using an impression system Duplicate pels easily.
Zum einwandfreien Aufbringen einer Mikrostruktur, die bei spielsweise ein Oberflächenhologramm sein kann, auf einen Gegenstand muß der verwendete Abformstempel einer Reihe von Anforderungen genügen. Heutzutage werden als Abformstempel meist sogenannte Nickel-Shims verwendet, die von einem Ur- oder Masterhologramm galvanisch erzeugt werden. Diese Nickel-Shims haben eine sehr steife Oberfläche und können so die Mikrostruktur unter Druck im Idealfall 1 : 1 auf den Gegenstand übertragen, sie besitzen desweiteren eine hohe Abbildungsgüte und sind deshalb gut dazu in der Lage, die zu übertragende Mikrostruktur zunächst selbst aufnehmen zu können, und sie weisen eine hohe Standzeit auf, so daß viele Kopien ohne Qua litätsverlust hergestellt werden können.For the perfect application of a microstructure that can be a surface hologram, for example The object must be the impression stamp used in a series of Requirements met. Nowadays are used as impression stamps mostly so-called nickel shims used by a primal or Master hologram are generated galvanically. These nickel shims have a very stiff surface so they can Ideally, microstructure under pressure 1: 1 on the object transferred, they also have a high image quality and are therefore well able to transfer the data to be transferred Microstructure to be able to record yourself first, and you have a long service life, so that many copies without Qua loss of quality can be produced.
Die Materialien, auf die Mikrostrukturen mittels solcher Ab formstempel übertragen werden können, sind Kunststoffolien, beispielsweise Polyesterfolien, aber auch oberflächenka schierte Papiere, die unter Erwärmung ein plastisches Verhal ten zeigen, so daß mittels des Abformstempels die auf letzterem vorhandene Mikrostruktur unter Druck und/oder Tem peratur in den Kunststoff oder das kaschierte Papier einge prägt werden kann. Auch strahlungshärtende Lacke sind dazu geeignet, Mikrostrukturen aufzunehmen. Der Abformstempel wird dabei in die unpolymerisierte oder anpolymerisierte Lack schicht gepreßt und der Lack härtet dann im Kontakt mit dem Abformstempel aus. Nach dem Aushärten wird der Abformstempel entfernt. Speziell bei der weit verbreiteten Abformung auf Folien und Papiere muß der Abformstempel eine extrem hohe Planität aufweisen, da sonst die Unterschiede im Anpreßdruck über die Fläche des Abformstempels zu groß werden, woraus eine ungleichmäßige und damit stark verschlechterte Abformung resultiert.The materials on which microstructures use such ab stamps can be transferred are plastic films, for example polyester films, but also surface sheer papers, which under heat a plastic behavior ten show so that by means of the impression stamp the latter existing microstructure under pressure and / or tem temperature in the plastic or the laminated paper can be shaped. Radiation-curing lacquers are also included suitable to record microstructures. The impression stamp is doing so in the unpolymerized or polymerized paint layer pressed and the paint then hardens in contact with the Impression stamp. After curing, the impression stamp away. Especially with the widespread impression The impression stamp must be extremely high in foils and papers Show flatness, otherwise the differences in contact pressure become too large over the surface of the impression stamp, from which an uneven and therefore much worse impression results.
Aus den zuvor geschilderten Erfordernissen bekannter Abform verfahren resultieren Beschränkungen sowohl hinsichtlich der Materialien als auch der Gegenstände, auf die Mikrostrukturen aufgebracht werden können.From the requirements of the known impression described above there are limitations both in terms of the procedure Materials as well as the objects on the microstructures can be applied.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, die die Grenzen herkömmli cher Abformverfahren überwindet und die die Abformung von Mi krostrukturen auf Gegenstände und Materialien gestattet, die bisher nicht mit Mikrostrukturen versehen werden konnten. Un ter dem Begriff "Mikrostrukturen" sollen hier insbesondere Oberflächenhologramme, diffraktive Strukturen oder hologra phische optische Elemente verstanden werden.The object of the invention is to achieve this to provide a solution that limits the conventional cher impression process overcomes and the impression of Mi Crostructures allowed on objects and materials that so far could not be provided with microstructures. Un ter the term "microstructures" are intended here in particular Surface holograms, diffractive structures or hologra phical optical elements can be understood.
Zur Lösung dieser Aufgabe stellt die Erfindung einen Abform stempel bereit, der aus einem aushärtbaren und nach dem Aushärten flexiblen Kunststoff besteht, dessen Volumen schrumpfung während des Aushärtens höchstens etwa 5% beträgt und der eine Oberflächenspannung von weniger als 0,03 N/m aufweist. Damit ist es möglich, Mikrostrukturen nicht nur auf plane Gegenstände, sondern ohne weiteres auch auf Gegenstände mit gekrümmter, dreidimensionaler Oberfläche aufzubringen. Des weiteren können durch den Einsatz eines flexiblen Kunst stoffabformstempels Mikrostrukturen auf Materialien aufge bracht werden, beispielsweise auf Schokolade, auf die Mikrostrukturen mittels herkömmlicher Abformstempel nicht aufzubringen waren.To achieve this object, the invention makes an impression stamp ready made from a curable and after the Cure flexible plastic, its volume shrinkage during curing is at most about 5% and which has a surface tension of less than 0.03 N / m having. This makes it possible not only to build microstructures flat objects, but also objects with a curved, three-dimensional surface. Furthermore, by using a flexible art Fabric impression stamp microstructures applied to materials be brought, for example on chocolate, on the Microstructures using conventional impression stamps are not had to be brought up.
Grundsätzlich ist als Kunststoff zur Herstellung des erfin dungsgemäßen Abformstempels jedes Material geeignet, das gießbar ist, das auf molekularer Ebene abformen kann, d. h., das die Fähigkeit besitzt, eine extrem feine Mikrostruktur selbst aufzunehmen bzw. abzuformen, das zu einem flexiblen aber formbeständigen Körper aushärtbar ist, das bei der Aus härtung nur eine geringe Volumenschrumpfung hat, und das eine geringe Oberflächenspannung aufweist. Ein solcher, flexibler Abformstempel kann aufgrund seiner Elastizität und Flexibili tät nach dem Abformungsvorgang gefahrlos auch von zerbrechli chen Materialien abgezogen werden, so daß ohne weiteres sowohl empfindliche Materialien als auch unebene Oberflächen sowie dreidimensionale Gegenstände mit Mikrostrukturen verse hen werden können. Durch die niedrige Oberflächenspannung bleiben im Abformstempel keine Rückstände zurück, die die Qualität der nächsten, durch den Abformstempel vervielfältig ten Mikrostruktur beeinträchtigen können. Die geringe Volu menschrumpfung ist Voraussetzung für eine gute Übernahme des Masteroberflächenhologramms auf den Abformstempel. Vorzugs weise beträgt die Volumenschrumpfung des zur Herstellung des Abformstempels verwendeten Kunststoffes daher nur etwa 1% oder weniger und die Oberflächenspannung des Kunststoffes be trägt weniger als 0,02 N/m.Basically, plastic is used to manufacture the inventions appropriate impression stamp suitable for any material that is pourable, which can mold at the molecular level, d. H., which has the ability to have an extremely fine microstructure record it yourself or take it, which is flexible but dimensionally stable body is curable, that when the curing has only a small volume shrinkage, and that one has low surface tension. Such a, more flexible Impression stamp can due to its elasticity and flexibility After the impression process, there is no risk of breakage Chen materials are subtracted so that without further notice both sensitive materials and uneven surfaces as well as three-dimensional objects with microstructures verse can be hen. Due to the low surface tension there are no residues left in the impression stamp Quality of the next, reproduced by the impression stamp microstructure. The low volu Shrinking is a prerequisite for a good takeover of the Master surface hologram on the impression stamp. Preferential the volume shrinkage for the production of Impression stamp used plastic therefore only about 1% or less and the surface tension of the plastic be carries less than 0.02 N / m.
Im folgenden wird kurz die Herstellung eines im erfindungs gemäßen Verfahren eingesetzten Abformstempels erläutert, der im gewählten Beispiel die Vervielfältigung eines Oberflächen hologramms ermöglichen soll. Die Herstellungsweise unter scheidet sich anfangs nicht von der Herstellung herkömmlicher Nickel-Abformstempel. So wird zunächst auf konventionelle Weise in eine photographische Silberhalogenidemulsion, die auf eine Glasplatte oder einen Kunststoffträger aufgebracht ist, das gewünschte Hologramm einbelichtet. Die holographi sche Information liegt dann im Inneren der Photoemulsion als Phasen- oder Absorptionsgitter vor und ist somit nicht zur Abformung geeignet. Daher wird in einem zweiten Schritt auf optischem Wege eine Kopie des zuerst gebildeten Hologramms in einer photoleitenden, thermoplastischen Schicht erzeugt. Dazu wird die photoleitende, thermoplastische Schicht zunächst auf einem leitfähigen Träger, z. B. einer Metallplatte, angeordnet und dann durch ein geeignetes Verfahren eine statische Ladung auf die Oberfläche des Photoleiters aufgebracht. In einer anschließenden Belichtung wird die geladene Oberfläche des Photoleiters mit dem vom anfänglich erzeugten Hologramm aus gehenden Beugungsmuster und einer zusätzlichen Referenzstrah lung gleicher Wellenlänge bestrahlt. Die Interferenz beider Wellenfelder auf der Oberfläche des Photoleiters führt zu Be reichen mit hoher und mit geringer Lichtintensität. An den Stellen hoher Lichtintensität steigt die elektrische Leitfä higkeit des Photoleiters stark an, so daß an diesen Stellen durch Photoleitung eine Ladungsrekombination mit dem auf einer Referenzspannung oder auf Massepotential liegenden Metallträger stattfindet. An den Stellen geringer Lichtin tensität bleibt die ursprüngliche Ladungsverteilung hingegen weitgehend erhalten. Nach Beendigung der Belichtung ist auf der Oberfläche des Photoleiters ein die holographische Information enthaltendes, latentes Ladungsträgerbild entstanden. Aufgrund der lokal unterschiedlichen Ladungskonzentrationen herrschen auch lokal unterschiedliche elektrische Feldstärken. Der thermo plastische Photoleiter wird nun über seinen Erweichungspunkt erhitzt. Die lokal unterschiedlichen elektrischen Feldstärken haben entsprechende elektrostatische Kräfte zur Folge, die bewirken, daß die nun plastische Oberfläche sich entsprechend der lokal auf sie wirkenden Kraft plastisch verformt und sich ein Oberflächenrelief ausbildet. Durch Abkühlen des thermoplas tischen Photoleiters wird dieses Oberflächenrelief, welches bereits das gewünschte Oberflächenhologramm darstellt, fixiert. Das so erzeugte Oberflächenhologramm wird auch als Masterober flächenhologramm (oder Urhologramm) bezeichnet.The following is briefly the manufacture of a fiction Impression stamp used according to the method explained in the selected example, the duplication of a surface hologram should enable. The manufacturing method below does not differ at first from the production of conventional ones Nickel impression stamp. So first it is conventional In a photographic silver halide emulsion which applied to a glass plate or a plastic carrier the desired hologram is imprinted. The holographi The information then lies inside the photoemulsion as Phase or absorption grid before and is therefore not for Impression suitable. Therefore, in a second step optically a copy of the first hologram formed in a photoconductive, thermoplastic layer. To the photoconductive, thermoplastic layer is first on a conductive support, e.g. B. a metal plate and then static charge by a suitable method applied to the surface of the photoconductor. In a subsequent exposure, the charged surface of the Photoconductor with the hologram created from the beginning going diffraction pattern and an additional reference beam irradiation of the same wavelength. The interference of both Wave fields on the surface of the photoconductor lead to Be range with high and with low light intensity. To the The electrical guide increases in places of high light intensity of the photoconductor, so that at these points a charge recombination with the are at a reference voltage or at ground potential Metal carrier takes place. In places of low light however, the original charge distribution remains largely preserved. After the exposure is finished, the Surface of the photoconductor on the holographic information containing latent charge carrier image. Because of of locally different charge concentrations prevail also locally different electrical field strengths. The thermo plastic photoconductor is now over its softening point heated. The locally different electrical field strengths result in corresponding electrostatic forces that cause the now plastic surface to change accordingly the force locally acting on them plastically deforms itself forms a surface relief. By cooling the thermoplas table photoconductor, this surface relief, which already represents the desired surface hologram. The surface hologram created in this way is also used as a master's degree surface hologram (or original hologram).
Herkömmlicherweise wird nun durch galvanisches Aufwachsen von Nickel auf dieses Masteroberflächenhologramm ein Nickel-Abform stempel hergestellt. Im Gegensatz dazu wird zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Kunststoff-Abformstempels zunächst der Kunststoff vorbereitet. Bei dem verwendeten Kunststoff handelt es sich in der Regel um eine Mischung aus wenigstes zwei Kompo nenten, nämlich Bindemittel und Härter, die unmittelbar vor Gebrauch vermischt werden. Alternativ kann ein photopolymeri sierbarer Kunststoff, der z. B. unter UV-Licht aushärtet, ver wendet werden. Diese gießfähige, zähe Masse kann im Grobvakuum entgast werden, um ein homogeneres Abformmaterial zu ergeben. Im Anschluß daran wird die noch nicht polymerisierte Masse auf das Masteroberflächenhologramm aufgegossen und härtet abhängig von der gewählten Bindemittel/Härter-Kombination innerhalb weniger Minuten oder auch mehrerer Stunden zu einem formbeständigen, flexiblen Kunststoff-Abformstempel aus, der dann von dem Master oberflächenhologramm abgezogen wird. Conventionally, galvanic growth of A nickel impression on this master surface hologram stamp made. In contrast, it is used to manufacture of a plastic impression stamp according to the invention first of all Prepared plastic. The plastic used it is usually a mix of at least two compos nenten, namely binders and hardeners, immediately before Use. Alternatively, a photopolymeri sierbare plastic, the z. B. cures under UV light, ver be applied. This pourable, viscous mass can be used in a rough vacuum degassed to give a more homogeneous impression material. in the Following this, the unpolymerized mass is transferred to the Master surface hologram poured on and hardens depending on the chosen binder / hardener combination within a few Minutes or even several hours to a dimensionally stable, flexible plastic impression stamp made by the master surface hologram is subtracted.
Besonders geeignet als Kunststoff zur Herstellung des im erfin dungsgemäßen Verfahren eingesetzten Abformstempels hat sich eine Reihe von Silikonen erwiesen, wie sie beispielsweise im zahnärzt lichen Bereich eingesetzt werden. Diese Silikone bestehen aus zwei Komponenten, die bei Raumtemperatur vernetzen. Man unter scheidet dabei zwischen kondensations- und additionsvernetzenden Typen. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung sind beide Typen gut geeignet. Silikone dieser Art unterliegen während ihrem Vernetzungs- bzw. Aushärtungsvorgang einer nur sehr geringen Volumenschrumpfung von etwa 1%. Zudem weisen diese Silikone eine geringe Oberflächenspannung und Polarität auf, sind beständig gegen Reinigungsmittel wie Seifenlaugen und Alkohole, sind mechanisch belastbar und temperaturbeständig. Die Härte (Shore härte) dieser Silikone in ausgehärtetem Zustand kann zwischen A 12 (extrem weich) und A 75 (sehr hart) betragen und somit gut dem besonderen Anwendungsfall angepaßt werden. Ein anderes, gut geeignetes Kunststoffmaterial sind Polyurethane.Particularly suitable as a plastic for the production of the inventions Impression stamp used according to the method has a Series of silicones, such as those found in dentists area. These silicones consist of two components that crosslink at room temperature. One under differentiates between condensation and addition cross-linking Guys. Both are for the purposes of the present invention well suited. Silicones of this type are subject to during their Crosslinking or curing process of only a very small amount Volume shrinkage of about 1%. These silicones also have a low surface tension and polarity are stable against cleaning agents such as soapy water and alcohols mechanically resilient and temperature resistant. The hardness (Shore hardness) of these silicones in the hardened state can between A 12 (extremely soft) and A 75 (very hard) and therefore good be adapted to the special application. Another, good suitable plastic materials are polyurethanes.
Kunststoff-Abformstempel dieser Art ermöglichen in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Aufbringung von Mikro strukturen auf Materialien bzw. Gegenstände, auf die Mikrostruk turen mit herkömmlichen Abformstempeln nicht aufgebracht werden können. So ist es beispielsweise mit dem erfindungsgemäßen Verfahren möglich, Mikrostrukturen auf eßbare Gegenstände bzw. Materialien aufzubringen. Als Beispiele seien hier Gelatine (in Gestalt einer Folie, als Überzug oder als Formkörper), Fette (pflanzliche und tierische in gehärteter, teilgehärteter oder ungehärteter Form), nicht oder gering hygroskopischer Zucker, Stärke (in Gestalt einer Emulsion, als Überzug oder als Form körper), Fruchtgummi und Fruchtgummimischungen, Gummi arabicum (als Überzug) und Kombinationen der vorgenannten Materialien genannt. Begrenzend wirkt nur die Körnung des jeweiligen Mate rials, d. h. das Material, auf das eine Mikrostruktur aufgebracht werden soll, muß sich mit seiner Korngröße im molekularen Be reich bewegen, um die Mikrostruktur aufnehmen zu können. Selbst beim Vorliegen einer gröberen Körnung kann jedoch eine Mikro struktur auf das Material aufgebracht werden, wenn - wie bei Lebensmitteln häufig der Fall - zumindest das Bindemittel (Fette, Stärke, Zucker, Emulsionen usw.) eine genügend feine Körnung aufweist und die gröbere Körnung möglichst vollständig so umschließt, daß die abzuformende Mikrostruktur in erster Linie von dem Bindemittel aufgenommen wird. Um eine hohe Bestän digkeit der abgeformten Mikrostrukturen zu gewährleisten, ist auch darauf zu achten, daß das Material, auf das die Mikrostruk tur aufgebracht worden ist, nicht oder nur gering hygroskopisch ist, da ansonsten durch Wasseraufnahme eine Quellung der Ober flächenschicht erfolgt, wodurch die Mikrostruktur zerstört wird. Selbstverständlich dürfen Materialien, auf die Mikrostrukturen aufgebracht worden sind, auch nicht zu stark erwärmt werden, da ein Erweichen bzw. Schmelzen des Materials die Mikrostruktur ebenfalls zerstört.Plastic impression stamps of this type enable connection with the method according to the invention the application of micro structures on materials or objects, on the microstructure Do not apply with conventional impression stamps can. So it is for example with the invention Process possible, microstructures on edible objects or Apply materials. Examples include gelatin (in Shape of a film, as a coating or as a shaped body), fats (vegetable and animal in hardened, partially hardened or uncured form), non or slightly hygroscopic sugar, Starch (in the form of an emulsion, as a coating or as a form body), fruit gums and fruit gum mixtures, gum arabic (as a coating) and combinations of the aforementioned materials called. Only the grain size of the respective mate has a limiting effect rials, d. H. the material on which a microstructure is applied should be, with its grain size in the molecular Be move richly to absorb the microstructure. Self if there is a coarser grit, however, a micro structure can be applied to the material if - as with Food is often the case - at least the binder (Fats, starch, sugar, emulsions, etc.) a sufficiently fine one Grain size and the coarser grit as complete as possible encloses so that the microstructure to be molded in the first Line is taken up by the binder. For a high stock Ensure the accuracy of the molded microstructures also make sure that the material on which the microstructure has been applied, not or only slightly hygroscopically is otherwise swelling of the upper due to water absorption surface layer occurs, whereby the microstructure is destroyed. Of course, materials are allowed on the microstructures have been applied, also not to be heated too much, because softening or melting of the material the microstructure also destroyed.
Zum Schutz gegen Feuchtigkeit und für eine erhöhte Widerstands fähigkeit gegen mechanische Einflüsse wird gemäß einer bevor zugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die aufge brachte Mikrostruktur mit einer Schutzschicht überzogen. Als Schutzschicht eignet sich beispielsweise Gummi arabicum oder auch eine dünne Fettschicht. Bei nicht eßbaren Gegenständen eignet sich als Schutzschicht beispielsweise ein Klarlack, der je nach Anwendungsfall auch flexibel oder besonders kratzfest sein kann.To protect against moisture and for increased resistance ability against mechanical influences is determined according to a preferred embodiment of the method according to the invention brought microstructure covered with a protective layer. As Protective layer is suitable for example gum arabic or also a thin layer of fat. For non-edible objects a clear coat, for example, is suitable as a protective layer Depending on the application, also flexible or particularly scratch-resistant can be.
Hervorragend geeignet ist das erfindungsgemäße Verfahren bei spielsweise auch zur Aufbringung von Mikrostrukturen auf Schoko lade. Wie Versuche im Vorfeld der Erfindung ergeben haben, können Mikrostrukturen mit herkömmlichen Abformstempeln nicht auf Scho kolade übertragen werden, da entweder das Schokoladematerial bereits beim Aufdrücken des Abformstempels zerbricht oder aber, wenn die Schokolademasse auf den Abformstempel aufgegossen wurde, beim Abnehmen vom Abformstempel zerbricht. Im übrigen machen am Abformstempel anhaftende Schokoladereste den Abform stempel für eine direkt anschließende, erneute Prägung unbrauch bar. Die Flexibilität und geringe Oberflächenspannung des erfin dungsgemäßen Kunststoff-Abformstempels schafft hier Abhilfe und erlaubt das Aufbringen von Mikrostrukturen selbst auf dreidimen sionale Gegenstände aus Schokolade wie z. B. Osterhasen, Ostereier, Pralinen und ähnliches.The method according to the invention is extremely suitable for for example to apply microstructures to chocolate load. As tests in the run-up to the invention have shown, Microstructures with conventional impression stamps not on lap cola transferred because either the chocolate material breaks when the impression is pressed on, or when the chocolate mass is poured onto the impression stamp was broken when removed from the impression stamp. Furthermore Chocolate residues adhering to the impression stamp make the impression Stamp for a subsequent subsequent, new embossing bar. The flexibility and low surface tension of the erfin plastic impression stamp according to the invention provides a remedy and allows the application of microstructures even on three dimensions sional chocolate items such as B. Easter bunnies, Easter eggs, Chocolates and the like.
Zur Erhöhung der Leuchtkraft der aufgebrachten Mikrostruktur wird diese gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer dünnen Schicht aus Gold bedampft. Die Bedampfung mit Gold (Schichtdicke ca. 10 bis 20 nm) eignet sich sowohl für transparente Materialien (z. B. Gelatine) als auch für lichtundurchlässige Materialien (z. B. Schokolade) da die dünne Goldschicht der eingeprägten Mikrostruktur nahezu ideal folgt und sie nicht zudeckt. Gold ist darüberhinaus in der Lebens mittelindustrie zur Verwendung freigegeben, so daß auch Mikro strukturen auf eßbaren Materialien mit einer Goldschicht bedampft werden können. Alternativ kann die aufgebrachte Mikrostruktur mit einer lebensmittelrechtlich zugelassenen Gold- oder Silberfarbe mit feinster Körnung (< 20 nm) bestrichen werden. Die Farbe und die in ihr enthaltenen reflektierenden Partikel formen ebenfalls die Mikrostruktur ab. Die relativ dicke Farbschicht führt jedoch dazu, daß die Mikrostruktur zugedeckt wird und somit von der Auftragsseite her nicht mehr sichtbar ist. Das Bestreichen mit Gold- oder Silberfarbe eignet sich daher nur für transparente Mikrostrukturträgermaterialien, bei denen die in ihrer Leuchtkraft verstärkte Mikrostruktur dann von hinten durch den transparenten Träger betrachtet werden kann. Vorteilhaft ist, daß die empfindliche Mikrostruktur bei dieser Alternative geschützt zwischen dem transparenten Träger und der Gold- oder Silberfarbe liegt.To increase the luminosity of the applied microstructure this is according to an embodiment of the invention Process vapor-deposited with a thin layer of gold. The Evaporation with gold (layer thickness approx. 10 to 20 nm) is suitable both for transparent materials (e.g. gelatin) and for opaque materials (e.g. chocolate) because the thin Gold layer follows the embossed microstructure almost ideally and not covering them. Gold is also in life released medium-sized industry for use, so that micro structures on edible materials with a gold layer can be steamed. Alternatively, the one applied Microstructure with a gold or gold approved Silver paint with very fine grain (<20 nm) coated will. The color and the reflective contained in it Particles also shape the microstructure. The relative thick layer of paint, however, causes the microstructure is covered and therefore no longer from the order side is visible. Brushing with gold or silver paint is suitable therefore only for transparent microstructure carrier materials, where the luminosity of the microstructure is increased viewed from behind through the transparent support can. It is advantageous that the sensitive microstructure this alternative protected between the transparent support and the gold or silver color is.
Durch den flexiblen Kunststoff-Abformstempel ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren auch, Mikrostrukturen direkt beim Herstellungsvorgang eines Gegenstands auf diesen aufzubringen. This is made possible by the flexible plastic impression stamp The inventive method also, microstructures directly at Applying the manufacturing process of an object to this.
So kann der flexible Kunststoff-Abformstempel einen Teil einer Blas-, Guß- oder Spritzgußform bilden, so daß beispielsweise ein Kunststoffkörper (Flasche, Dose etc.) schon bei seiner Herstel lung auf der Oberfläche mit der Mikrostruktur versehen wird. Es bietet sich beispielsweise an, ein Firmenlogo oder ein anderes Erkennungszeichen einer Firma auf diese Weise jedem Kunststoff produkt dieser Firma mitzugeben. Insbesondere bei kleineren Gegenständen kann der Kunststoff-Abformstempel auch die gesamte Gußform oder deren Auskleidung darstellen.So the flexible plastic impression stamp can be part of a Form blow, mold or injection mold, so that for example Plastic body (bottle, can, etc.) already in its manufacture is provided on the surface with the microstructure. It offers, for example, a company logo or another Identifying a company in this way any plastic give product to this company. Especially with smaller ones The plastic impression stamp can also cover objects Represent the mold or its lining.
Grundsätzlich lassen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren alle Materialien prägen, die molekularabformend sind, die durch Wärme und/oder Druck plastisch verformbar sind, die im Kontakt mit dem Abformstempel aushärtbar sind und die dabei eine geringe Schrumpfung zeigen. Ein Ablösen des Abformstempels ist aufgrund der geringen Oberflächenspannung der verwendeten Kunststoffe und aufgrund der Flexibilität des Abformstempels leicht möglich.Basically, with the method according to the invention shape all materials that are molecular molding by Heat and / or pressure are plastically deformable in contact are curable with the impression die and which are low Show shrinkage. Removal of the impression stamp is due the low surface tension of the plastics used and easily possible due to the flexibility of the impression stamp.
Im folgenden werden eine Reihe von Anwendungsbeispielen des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben.The following are a number of application examples of the given method according to the invention.
Ein Kinderlutscher aus farbigem, jedoch durchsichtigem Material soll mit einem Oberflächenhologramm versehen werden, das mög lichst lange sichtbar sein soll. Hierzu wird der Lutscherkörper aus zwei Hälften gefertigt, wobei eine Hälfte unter Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Oberflächenhologramm versehen worden ist. Die andere Hälfte des Lutscherkörpers wird dann so mit der ersten Hälfte verbunden, daß sie als Schutz für das Oberflächenhologramm dient, d. h. daß das Oberflächenholo gramm sich im Inneren des Lutscherkörpers befindet. Aufgrund der Transparenz des Lutschermaterials ist es dennoch möglich, das Hologramm von außen zu betrachten und zwar solange, bis der Kern des Lutschers durch den Lutschvorgang zerstört ist. In einer alternativen Ausführungsform können beide einander zugewandten Flächen der Lutscherhälften mit Oberflächenhologrammen versehen sein. Bei Betrachtung des Lutschers aus unterschiedlichen Blickwinkeln können dann unterschiedliche Hologramme betrachtet werden. Zweckmäßigerweise sind die Oberflächenhologramme auf den einander zugewandten Flächen der Lutscherhälften etwas in die entsprechende Oberfläche hinein versenkt, damit eine Beschädigung der Hologramme beim Zusammenfügen der beiden Lutscherhälften vermieden wird.A child's lollipop made of colored but transparent material should be provided with a surface hologram that is possible should be visible as long as possible. For this, the lollipop body made of two halves, one half using the Method according to the invention with a surface hologram has been provided. The other half of the lollipop body will then connected to the first half in such a way that it serves as protection for the surface hologram is used, d. H. that the surface holo gram is inside the lollipop body. Due to the Transparency of the lollipop material is still possible To look at the hologram from the outside until the core the lollipop is destroyed by the sucking process. In a alternative embodiment, both can face each other Provide surfaces of the lollipop halves with surface holograms be. When looking at the lollipop from different Different holograms can then be viewed from different angles will. The surface holograms are expediently on the faces of the lollipop halves facing each other somewhat into the appropriate surface sunk into it, so that damage of the holograms when the two halves of lollipop are joined together is avoided.
Ein Schokoladenkörper wird mittels dem erfindungsgemäßen Ver fahren mit einem Oberflächenhologramm versehen. Zum Schutz des Oberflächenhologramms wird auf den Schokoladenkörper eine Schicht aus transparenter Zuckermasse aufgebracht. Zuvor kann, falls gewünscht, das Oberflächenhologramm goldbedampft werden, um seine Brillanz zu steigern.A chocolate body is by means of the Ver drive with a surface hologram. To protect the Surface hologram is a on the chocolate body Layer of transparent sugar paste applied. Before that, if desired, the surface hologram can be gold-coated, to increase its brilliance.
Schokoladentäfelchen sollen mit einem Oberflächenhologramm versehen werden. Hierzu wird die Gußform des Schokoladentäfel chens oder ein Teil davon durch den flexiblen Kunststoff-Abform stempel gemäß der Erfindung gebildet. Die flüssige Schokoladen masse wird in diese Form eingefüllt, wobei darauf zu achten ist, daß der Temperaturunterschied zwischen der Gußtemperatur und der Erstarrungstemperatur nicht zu groß ist. Anderenfalls kann durch das unterschiedliche Ausdehnungsverhalten von Abformstempel und Schokolade das abgeformte Hologramm in der Abkühlphase zerstört werden. Ein Temperaturunterschied von etwa 10°C bis 20°C ist aber in der Regel unkritisch. Beim Einfüllen der Schokoladen masse sollten Schokoladenmasse und Abformstempel in etwa die gleiche Temperatur haben, um einen Erstarrungsschock zu vermei den, der die genaue Abformung des Oberflächenhologramms beein trächtigen kann. Chocolate bars are said to have a surface hologram be provided. For this, the mold of the chocolate bar chens or part of it through the flexible plastic impression stamp formed according to the invention. The liquid chocolate mass is poured into this form, taking care that that the temperature difference between the casting temperature and the Solidification temperature is not too high. Otherwise, can by the different expansion behavior of the impression stamp and Chocolate destroys the molded hologram in the cooling phase will. There is a temperature difference of about 10 ° C to 20 ° C but usually not critical. When filling the chocolates chocolate mass and impression stamp should be about the same have the same temperature to avoid a solidification shock the one that affects the exact impression of the surface hologram can be pregnant.
Gelatine wird im Rotationsprägeverfahren mit Oberflächenholo grammen versehen (s. Fig. 1). Eine Gelatinefolienbahn 10 wird dazu durch den Walzenspalt zweier gegenläufig rotierender Walzen 12, 14 geführt. Die obere Walze 12 trägt den Abformstempel, der hier die Gestalt eines flexiblen Prägezylinders 16 hat. Unmit telbar vor dem Durchlaufen des Walzenspalts wird die Gelatine folienbahn 10 auf ihrer Oberseite, auf die die Oberflächenholo gramme geprägt werden sollen, geringfügig angefeuchtet. Diese geringe Feuchtigkeitszugabe - ausreichend ist bereits auf der Oberfläche der Folienbahn kondensierender Wasserdampf - bewirkt, daß sich die oberste Gelatineschicht etwas erweicht, was das Einprägen der Oberflächenhologramme begünstigt.Gelatin is provided with surface holograms in a rotary embossing process (see FIG. 1). For this purpose, a gelatin film web 10 is guided through the nip of two rollers 12 , 14 rotating in opposite directions. The upper roller 12 carries the impression die, which here has the shape of a flexible embossing cylinder 16 . Immediately before passing through the nip, the gelatin film web 10 is slightly moistened on its upper side, onto which the surface holograms are to be embossed. This slight addition of moisture - sufficient water vapor condensing on the surface of the film web - causes the uppermost gelatin layer to soften somewhat, which favors the embossing of the surface holograms.
Das vorstehend im Zusammenhang mit der Gelatinefolienherstellung beschriebene Beispiel läßt sich mit geringen Abwandlungen auf die Herstellung von Kunststoffolien übertragen.The above in connection with the production of gelatin foils described example can be made with minor modifications transferred the production of plastic films.
Alternativ kann eine Gelatinefolienbahn bereits bei ihrer Her stellung mit Oberflächenhologrammen versehen werden (s. Fig. 2). Flüssige Gelatinemasse wird über ein Spalt-Rakel-System mit konstanter Dicke auf eine Walze 12′ aufgebracht, deren Aufbau der in Fig. 1 dargestellten Walze 12 entspricht. Die aufgegebene Gelatinemasse härtet auf dem flexiblen Prägezylinder 16′ aus und wird dann mit Hilfe einer Abzugsrolle 18 von der Walze 12′ abge zogen und weiterverarbeitet.Alternatively, a gelatin foil sheet can be provided with surface holograms already during its manufacture (see FIG. 2). Liquid gelatin mass is applied to a roller 12 'via a gap-doctor system with a constant thickness, the structure of which corresponds to the roller 12 shown in FIG. 1. The applied gelatin mass hardens on the flexible embossing cylinder 16 'and is then drawn off and processed with the aid of a take-off roller 18 from the roller 12 '.
Mittels einer Spritzgußform 20 (s. Fig. 3) soll ein Kunststoffbe hälter hergestellt werden, der auf seiner Außenseite mit einem Oberflächenhologramm versehen ist. Dazu ist in die Außenform 22 der Spritzgußform 20 an der gewünschten Stelle der flexible Kunststoff-Abformstempel 25 so eingelegt, daß das abzuformende Oberflächenhologramm mit dem zwischen Innenform 24 und Außenform 22 eingespritzten Kunststoff 26 in Berührung kommt und so das Oberflächenhologramm auf der Flaschenaußenfläche abzeichnet. Aufgrund der flexiblen Natur des Abformstempels 25 kann letzterer auch in einem gekrümmten Bereich der Außenform 22 angebracht sein.By means of an injection mold 20 (see FIG. 3), a plastic container is to be produced, which is provided on the outside with a surface hologram. For this purpose, the flexible plastic impression die 25 is inserted into the outer mold 22 of the injection mold 20 at the desired location in such a way that the surface hologram to be molded comes into contact with the plastic 26 injected between the inner mold 24 and the outer mold 22, thus drawing the surface hologram on the outer surface of the bottle. Due to the flexible nature of the impression die 25 , the latter can also be attached in a curved region of the outer shape 22 .
Die sichtbare Oberfläche von Kathodenstrahlbildröhren 30 (s. Fig. 4) soll entspiegelt werden. Dazu wird auf die Glas oberfläche 32 ein transparenter, härtbarer Lack 34 aufgebracht. Dieser Lack kann kann ein Zweikomponentenlack oder ein strah lungshärtender Lack sein. Das Aufbringen auf die zumeist ge wölbte Bildschirmoberfläche 32 kann durch Schleudern, Rakeln, Streichen oder ähnliches erfolgen. Auf den noch nicht gehär teten Lack 34 wird ein der Form der Bildröhre 30 angepaßter, flexibler Abformstempel 36 formschlüssig aufgepreßt, der eine Mikrostruktur in den Lack 34 einprägt, die eine destruktive Interferenz erzeugt. Der Lack härtet nun im Kontakt mit dem Abformstempel 36 entweder von alleine aus (im Fall eines Zwei komponentenlacks) oder durch Zufuhr einer geeigneten Strahlung (beispielsweise UV-Strahlung 37 im Fall eines UV-härtenden Lacks). Im letzteren Fall muß der Abformstempel 36 ausreichend transparent für die eingesetzte Strahlung sein. Als Material für den Abformstempel 36 bietet sich dann beispielsweise trans parentes Silikon an. Vorzugsweise ist das Material des Abform stempels 36 auch UV-stabil, um seine Flexibilität im Rahmen der UV-Durchstrahlung nicht einzubüßen. Nach vollständiger Aushär tung des Lacks 34 wird der Abformstempel 36 abgezogen und steht für einen weiteren Abformvorgang zur Verfügung.The visible surface of cathode ray tubes 30 (see FIG. 4) is to be anti-reflective. For this purpose, a transparent, curable lacquer 34 is applied to the glass surface 32 . This paint can be a two-component paint or a radiation-curing paint. The application to the mostly curved screen surface 32 can be carried out by spinning, knife coating, brushing or the like. On the not yet hardened lacquer 34 , a flexible impression die 36 adapted to the shape of the picture tube 30 is pressed in, which impresses a microstructure in the lacquer 34 , which produces destructive interference. The paint hardens in contact with the impression die 36 either by itself (in the case of a two-component paint) or by supplying suitable radiation (for example UV radiation 37 in the case of a UV-curing paint). In the latter case, the impression stamp 36 must be sufficiently transparent to the radiation used. The material for the impression die 36 is then, for example, transparent silicone. Preferably, the material of the impression die 36 is also UV-stable in order not to lose its flexibility in the context of UV radiation. After the hardening of the lacquer 34 , the impression stamp 36 is removed and is available for a further impression process.
Alternativ kann bei dem zuletzt beschriebenen Beispiel der Lack 34 auch zuerst auf den Abformstempel 36 aufgebracht werden, und dann der Abformstempel 36 mit dem Lack 34 auf die Bildschirm oberfläche 32 gedrückt werden. Alternatively, in the example described last, the lacquer 34 can also be applied first to the impression stamp 36 , and then the impression stamp 36 with the lacquer 34 can be pressed onto the screen surface 32 .
Abschließend sei der Begriff "destruktive Interferenz" näher erläutert. Bei "normalen" Oberflächenhologrammen liegt der laterale Abstand zweier benachbarter Wellenberge in der Größen ordnung von etwa einem 1 µm, während die Amplitude, d. h. die maximale Erstreckung senkrecht zur Oberfläche, etwa bei 0,1 µm bis 0,3 µm liegt. Bei sogenannten Beugungsgittern nullter Ordnung ist hingegen der laterale Abstand so klein, daß eine durch Beu gung erzeugte, konstruktive Interferenz nicht mehr stattfinden kann. Solche Strukturen sind auch unter dem Namen "Moth eyes" bekannt. Dies sei anhand der GittergleichungFinally, the term "destructive interference" is closer explained. This is the case with "normal" surface holograms lateral distance of two neighboring wave crests in size order of about 1 µm, while the amplitude, i.e. H. the maximum extension perpendicular to the surface, about 0.1 µm is up to 0.3 µm. In so-called zero order diffraction gratings however, the lateral distance is so small that a Beu generated generated constructive interference no longer take place can. Such structures are also called "Moth eyes" known. This is based on the lattice equation
n·λ = g·sin(ϕ)n · λ = g · sin (ϕ)
erläutert, in der n der Ordnungszahl der Beugung, λ der verwen deten Wellenlänge (sichtbarer Bereich: λ = 400 nm bis 750 nm), g dem lateralen Abstand, und ϕ dem Winkel entspricht, unter dem die konstruktive Interferenz n-ter Ordnung verläuft. Bei n = 1 (erste Beugung) und der Farbe grün (λ = 555 nm) ergibt sich bei einem Abstand g < 555 nm keine konstruktive Interferenz mehr, da der Winkel ϕ nicht mehr existiert. Es tritt hingegen destruktive Interferenz auf, da sich hier nicht die ganzzahligen Vielfachen der Wellenlänge (1 λ, 2 λ, 3 λ, . . .) überlagern, sondern 0,5 λ, 1,5 λ 2,5 λ, . . . Mittels solcher Strukturen lassen sich die Reflexions grade von beispielsweise Glasplatten von 4% auf unter 0,5% redu zieren, ohne daß die Transparenz des Glases beeinträchtigt wird.explained, in which n is the atomic number of the diffraction, λ the use the wavelength (visible range: λ = 400 nm to 750 nm), g the lateral distance, and ϕ corresponds to the angle at which the constructive interference is of the nth order. If n = 1 (first diffraction) and the color green (λ = 555 nm) results in at a distance g <555 nm there is no longer any constructive interference, since the angle ϕ no longer exists. However, it occurs destructive Interference because there are not integer multiples overlap the wavelength (1 λ, 2 λ, 3 λ,...), but 0.5 λ, 1.5 λ 2.5 λ,. . . With such structures, the reflections grade of, for example, glass plates from 4% to less than 0.5% decorate without affecting the transparency of the glass.
Claims (18)
- - Bereitstellen eines Abformstempels gemäß einem der vorher gehenden Ansprüche, dessen Stempelfläche mit der aufzubrin genden Mikrostruktur versehen ist,
- - Inkontaktbringen dieses Abformstempels mit der Oberfläche des Gegenstandes derart, daß die Mikrostruktur auf der Ober fläche des Gegenstandes abgeformt wird, und
- - Trennen des Abformstempels von der Oberfläche des Gegen standes.
- Providing an impression stamp according to one of the preceding claims, the stamp surface of which is provided with the microstructure to be applied,
- - Contacting this impression stamp with the surface of the object such that the microstructure is molded on the upper surface of the object, and
- - Separation of the impression stamp from the surface of the object.
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