EP3687826B1

EP3687826B1 - Verfahren zur herstellung eines optisch variablen elements sowie entsprechendes element

Info

Publication number: EP3687826B1
Application number: EP18779562.0A
Authority: EP
Inventors: Martin Imhof
Original assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Current assignee: Giesecke and Devrient Currency Technology GmbH
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2018-09-24
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2038-09-24
Also published as: EP3687826A1; DE102017009092A1; WO2019063121A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements sowie ein entsprechendes Element.
Datenträger, wie Wert- oder Ausweisdokumente, aber auch andere Wertgegenstände, wie etwa Markenartikel, werden zur Absicherung oft mit Elementen versehen, die eine Überprüfung der Echtheit des Datenträgers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Optisch variable Elemente zeigen abhängig vom Betrachtungswinkel einem Betrachter unterschiedliche Darstellungen.
Insbesondere mit Hilfe einer Prägestruktur und einer kontrastierenden Beschichtung können solche optisch variablen Elemente erzeugt werden. Die Prägestruktur und die Beschichtung sind so aufeinander abgestimmt, dass unter verschiedenen Betrachtungswinkeln für den Betrachter unterschiedliche Motive sichtbar werden (oder nicht sichtbar werden) oder aber ein Motiv sich bewegt. Beispielsweise WO 02/20280 A1 , DE 10 2005 011612 A1 , WO 2006/018232 A1 oder DE 10 2014 012207 A1 zeigen beschichtete Prägestrukturen mit Motivwechsel.
Die reflektierenden Facetten der Prägestruktur in DE 10 2010 049831 A1 können mit einer Subwellenlängenstruktur versehen sein. In EP 2 042 343 A1 wird eine Reliefstruktur mit metallischen Nanopartikeln versehen. EP 3184318 A1 zeigt den Oberbegriff von Anspruch 1.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein flexibles aber kostengünstiges Herstellungsverfahren für optisch variable Elemente anzugeben, welches es insbesondere auch erlaubt optisch variable Elemente auf dem Zielsubstrat zu erstellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 14 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein Grundgedanke der vorliegenden Lösung ist es, die - herkömmlich durch Prägen erstellten - Reliefelemente einer Reliefstruktur mittels Drucken in mehreren Teilschritten additiv zu erzeugen. Insbesondere in Sonderfällen, beispielsweise wenn nur kleine Stückzahlen von optisch variablen Elementen auf Basis der gleichen Reliefstruktur erstellt werden oder für neuartige Reliefstrukturen, beispielsweise mit negativen Reliefflanken, stellt sich der Ansatz als vorteilhaft heraus.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements wird eine Reliefstruktur erstellt und die erstellte Reliefstruktur selektiv modifiziert, beispielsweise gefärbt. Die Reliefstruktur umfasst eine Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Reliefelementen, die eine nicht zu der Ebene parallele Reliefform aufweisen. Die erstellte Reliefstruktur wird selektiv modifiziert. Die Modifikation und die Reliefform der Reliefelemente sind so aufeinander abgestimmt, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt. Vorliegend wird die Reliefstruktur zumindest teilweise mittels eines additiven Verfahrens erstellt, wobei für Reliefelemente jeweils mehrere Teilschritte des additiven Verfahrens ausgeführt werden und durch die Teilschritte die Reliefform des Reliefelements bestimmt wird.
Die Reliefelemente können in ihrer Reliefform beispielsweise als Noppen, Kegel, Pyramiden (mit vier- oder n-eckigem Grundriss), Pyramidenstumpf (mit vier- oder n-eckigem Grundriss), Kegelstumpf, runde Noppe oder Kugelabschnitt ausgebildet sein. Weiter können die Reliefelemente eine gerichtete Fläche als Reliefform aufweisen. Das Reliefelement mit gerichteter Fläche (Flächenelement) kann beispielsweise eine runde oder n-eckige, vorzugsweise vier- oder sechseckige, Fläche sein. In der Reliefstruktur sind die Flächenelemente bevorzugt aneinander grenzend und/oder lückenlos flächenfüllend angeordnet. Die Fläche kann durch ihre Ausrichtung und ihre Neigung (zu der Ebene der Reliefstruktur) sowie optional durch ihre Höhe im Relief beschrieben werden. Das Reliefelement kann als Relieflinie, beispielsweise dachförmig mit zwei Flanken oder mit rundem Querschnitt, ausgebildet sein. Die Reliefelemente sind vorzugsweise in einem (ein- oder) zweidimensionalen Reliefraster nebeneinander angeordnet. Die Reliefelemente können in dem Reliefraster mit Abstand oder ohne Abstand angeordnet sein. Die Reliefelemente mit der Reliefform (die nicht zur Ebene der Reliefelemente parallel ist) weisen lokal unterschiedliche Höhen auf. Durch die additiven Teilschritte wird das Reliefelement mit lokal unterschiedlichen Höhen erzeugt. Das Höhenprofil der Reliefelemente ist insofern die erzeugte Reliefform.
In der Reliefstruktur ist die Reliefform der Reliefelemente in ersten Ausgestaltungen einheitlich. Insbesondere werden erst durch die Modifikation die Reliefelemente unterschiedlich ausgebildet. Zuvor liegen Reliefelemente mit identischer Reliefform in der Reliefstruktur nebeneinander. In zweiten Ausgestaltungen unterscheiden sich bereits die Reliefformen der Reliefelemente in der Reliefstruktur untereinander. Bevorzugt unterscheiden sich die Reliefelemente, die unterschiedlichen Reliefelemente bilden jedoch noch keine optisch variable Struktur. Erst durch die selektive Modifikation der Reliefelemente entsteht die für den Betrachter erkennbare optische Variabilität. Die Reliefelemente einer Reliefstruktur können in ihrer Reliefform oder Größe (bzw. Grundfläche) unterschiedlich sein. Die Reliefelemente in einer Reliefstruktur können bereichsweise unterschiedlich sein oder in einem sich wiederholenden Muster unterschiedlich sein, jeweils unterschiedlich hinsichtlich Reliefform und/oder Größe.
Die Teilschritte für das Erzeugen der Reliefform erfolgt bevorzugt mittels additivem Drucken. Insbesondere kann mittels eines Inkjet-Verfahrens gedruckt werden, wobei vorzugsweise (UV-)härtbare Tinte gedruckt und (UV-)gehärtet wird. Das Erstellen der Reliefelemente kann ebenso mittels (Laser-)Stereolithographie erfolgen. Die Reliefform könnte - alternativ zum Drucken - additiv mittels selektivem Lasersintern beim Erstellen der Reliefelemente erzeugt werden.
Die Teilschritte des Erstellens können auch jeweils im Siebdruck oder Tiefdruck erfolgen. Mittels Siebdruck oder Tiefdruck werden Reliefelemente bevorzugt mit einer Höhe von 20-80 µm erstellt. Es können mehrere Rund-Rund oder Flach-Flach Siebdruckschritte kombiniert werden. Beispielsweise wird in einem ersten Teilschritt ein Reliefteilelement bzw. eine Siebdruckschicht mit 30 µm Dicke erzeugt. In einem zweiten Teilschritt folgen 20 µm und in einem letzten Siebdruckteilschritt 10 µm Materialauftrag. Abschließend wird wiederum die Modifikation als Farbschicht auf die Strukturen gedruckt (mittels z.B. Inkjet, Offset, Tiefdruck).
In der Regel wird in den Teilschritten das gleiche Material hinzugefügt. Die Teilschritte innerhalb des Reliefelements können unterschiedlich ausgeführt werden. Insbesondere können die Teilschritte unterschiedlich hinsichtlich der Menge des addierten Materials und/oder hinsichtlich eines Verfahrensparameters für das addierte Material ausgeführt werden. Als Verfahrensparameter können insbesondere eine Temperatur und/oder eine Härtung eines härtbaren Materials variiert werden. Das Material weist vorzugsweise bei höherer Temperatur eine erhöhte Viskosität auf. Somit können durch Wahl der Temperatur unterschiedliche Reliefteilelemente hinzugefügt werden (Temperatur 1 => rundes Reliefteilelement, Temperatur 2 => ovales Reliefteilelement und Temperatur 3 => flaches Teilelement). Ebenso kann das addierte Material in den Teilschritten unterschiedlich ausgehärtet werden, beispielsweise sofort vollständig gehärtet, vorgehärtet oder ungehärtet. Eine beispielsweise flächige, vollständige Aushärtung kann in einem späteren Schritt erfolgen, insbesondere erst nach einem überlappenden Teilschritt.
Das in den Teilschritten aufgebrachte Material ist bevorzugt ein strahlungshärtendes Material (UV-/IR-härtend). In der Regel ist das Material opak, in Ausgestaltungen kann jedoch auch transparentes Material verwendet werden. Bevorzugt ist das Material - zumindest an seiner Oberfläche - glänzend oder reflektierend, insbesondere metallisch reflektierend. Das Reliefelement kann somit oder durch eine reflektierende Beschichtung reflektierend ausgestaltet sein. Denkbar ist zudem auch, zunächst erstes Material aufzubringen und erst in abschließenden Teilschritten (für die sichtbare Oberfläche des Reliefelements) reflektierendes Material zu verwenden.
Werden die Reliefelemente beispielsweise in formgebenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt und in einem Zusatzschritt die Reliefstruktur beschichtet, kann die Beschichtung eine glättende Beschichtung und/oder eine farbgebende Beschichtung und/oder eine reflektierende Beschichtung sein. Die Reliefteilelemente zumindest eines Reliefelements, bevorzugt mehrerer Reliefelemente in einem Bereich, besonders bevorzugt aller Reliefelemente der Reliefstruktur werden gemeinsam beschichtet.
Alternativ oder ergänzend werden die Reliefelemente in mehreren vorformenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt und in einem abschließenden, glättenden Teilschritt mit einem zweiten glättenden Reliefmaterial erstellt. Die vorformenden und die glättenden Teilschritt bilden somit die formgebenden Teilschritte für das Reliefelement. Das glättende Reliefmaterial (bzw. die Beschichtung) kann Farb-/Effektpigmente und/oder reflektierende Pigmente umfassen. Besonders bevorzugt sind die Pigmente in dem Material (dessen Löse- und/oder Bindemittel) aufschwimmend. Aufschwimmende Pigmente werden auch als Leafing-Pigmente bezeichnet. Die Pigmente sammeln sich also nach dem Aufbringen des Materials oben auf dem Bindemittel.
Das selektive Modifizieren der Reliefstruktur erfolgt

durch Färben der Reliefstruktur, insbesondere mittels Drucken, oder
durch weitere, modifizierende Teilschritte des additiven Verfahrens.

DE 102011114647 A1

Das selektive Modifizieren erfolgt bevorzugt indem mindestens einfarbig, besonders bevorzugt abwechselnd verschieden einfarbige, Linien auf die Reliefstruktur gedruckt werden. Die Linien belegen zwischen 40-90 % der Oberfläche der additiv erzeugten Reliefelement bzw. der Reliefstruktur. Besonders bevorzugt unterscheiden sich die verschiedenfarbigen Linien, im CIE-LAB Farbraum, in ihrem Farbton. Besonders bevorzugt liegt die Differenz zwischen den Farbtönen benachbarter Linien, um mindestens 40 Einheiten für die Werte | a | und/oder | b | des CIE-LAB Farbraumes auseinander.
Durch den Schritt des selektiven Modifizierens wird die Reliefstruktur optisch variabel. Für den Betrachter kann dadurch insbesondere ein Motivwechsel und/oder eine Motivbewegung erzeugt werden. Das dargestellte Motiv kann für den Betrachter abhängig vom Betrachtungswinkel verschwinden (bzw. sichtbar werden) oder in ein anderes Motiv wechseln bzw. sich bewegen. Als Bewegungen sind insbesondere pumpende Bewegungen, rotierende Bewegungen oder lineare Bewegungen bekannt.
In vorteilhaften Ausgestaltungen wird nicht - wie bisher angenommen - die ganze Reliefstruktur in seiner vollen Höhe additiv erstellt. Die Reliefstruktur kann einen Prägeanteil und einen darauf additiv erstellten, formgebenden Anteil umfassen. Bevorzugt ist der Prägeanteil der Reliefelemente aus identischen Prägeelementen gebildet. Ausgehend von einer einheitlichen Prägestruktur kann somit eine Reliefstruktur mit unterschiedlichen Reliefelementen gebildet werden. Vorzugsweise wird die einheitliche Prägestruktur nur in einem Bereich additiv zu der Reliefstruktur ergänzt. Alternativ kann der Prägeanteil der Reliefelemente auch aus unterschiedlichen Prägeelementen gebildet sein. Insbesondere kann eine Prägestruktur mit unterschiedlich ausgerichteten flächigen Reliefelementen in einem Bereich mit dem Reliefanteil versehen werden.
Die Höhe der Reliefelemente liegt zwischen 5 und 500 µm. Bevorzugt wird eine Höhe des Reliefelements von 100 µm bis 300 µm erzeugt. Weiter bevorzugt weist das Reliefelement eine Flanke mit Steigungen von 5 bis 85 Grad, besonders bevorzugt von 40 bis 85 Grad.
Durch das vorliegende Verfahren können auch Reliefelemente mit neuartigen Reliefformen erzeugt werden. Durch die Teilschritte wird die lokal unterschiedliche Höhe der Reliefelemente erzeugt. Im Unterschied zur Prägung kann aber nun auch eine Hinterschneidung erzeugt werden. Geprägte Elemente können mit Reliefformen bzw. Teilflächen im Winkelbereich von +/-90 Grad zur Ebene der Elemente erzeugt werden. Maximal senkrecht (90 Grad) kann insbesondere eine Seitenwand des geprägten Reliefelements verlaufen. Vorliegend können nun Reliefelemente mit einer Reliefform erzeugt werden, die abschnittsweise einen Winkel von mehr als 90 Grad zur Ebene aufweist, insbesondere mehr als +90 Grad in einem ersten Abschnitt und mehr als -90 Grad in einem zweiten Abschnitt aufweisen. Bevorzugt umfasst die Reliefstruktur zumindest zwei Reliefelemente mit einer Reliefform, die in einem Abschnitt einen Winkel von mehr als 90 Grad zur Ebene aufweisen, wobei die beiden Abschnitte unterschiedliche, bevorzugt entgegengesetzte, Ausrichtungen haben.
In bevorzugten Ausgestaltungen wird zunächst ein Primer aufgetragen, beispielsweise aufgesprüht, bevor das Reliefmaterial additiv aufgebracht wird. Der Primer bewirkt eine Glättung und/oder eine bessere Haftung.
In weiter bevorzugten Ausgestaltungen umfasst das optisch variable Element eine Zusatzinformation, welche mittels UV- oder IR-Licht erkennbar ist. Das Reliefmaterial, das Material der Modifikation oder der Aufdruck sind IR- und/oder UV-aktiv (insbesondere absorbierend oder lumineszierend).
Die Reliefstruktur kann zusätzlich zu den additiv erstellten Reliefelementen weitere Reliefelemente umfassen, die insbesondere mittels (Blind-) Prägung oder Stichtiefdruck erzeugt wurden.
Das erfindungsgemäße optisch variable Element umfasste eine Reliefstruktur gebildet aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Reliefelementen, wobei die Reliefelemente eine nicht ebenen-parallele Reliefform aufweisen; und einer Modifikation (beispielsweise Färbung) Färbung der Reliefstruktur, wobei die Modifikation und die Reliefform der Reliefelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt. Die Reliefelemente umfassen dabei additiv erstellte Reliefteilelemente, welche die Reliefform des Reliefelements bestimmen.
Das optisch variable Element kann wie zuvor beschrieben hergestellt werden. Es kann dabei sowohl auf einem Zwischenträger erzeugt werden, um vom Zwischenträger auf ein Zielsubstrat übertragen zu werden oder direkt auf einem Zielsubstrat erzeugt werden. Das optisch variable Element kann insbesondere als Sicherheitselement für Wertdokumente, wie Banknoten oder Pässe, oder als Designelement für Verpackungen verwendet werden. Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.
Es zeigen:

Fig. 1: ein Wertdokument mit mehreren optisch variablen Elementen;
Fig. 2a, b, c: drei Reliefelemente unterschiedlicher Reliefform mit Aufdruck jeweils im Querschnitt und in Draufsicht;
Fig. 3a, b, c: drei additiv erzeugte Reliefelemente mit entsprechender Relief-form im Querschnitt;
Fig. 4: ein additiv erzeugte Reliefelement mit glättender, reflektierender Beschichtung im Querschnitt;
Fig. 5a, b: zwei wabenförmige, rein additiv erzeugte Reliefelemente im Querschnitt und in Draufsicht;
Fig. 6a, b: zwei unterschiedliche wabenförmige, Reliefelemente mit additiv erzeugtem Anteil auf einheitlichem Prägeanteil im Querschnitt und in Draufsicht;
Fig. 7a, b: zwei unterschiedliche wabenförmige, Reliefelemente mit teilweise additiv erzeugtem Anteil auf uneinheitlichem Prägeanteil im Querschnitt und in Draufsicht; und
Fig. 8: schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung eines optisch variablen Elements mit additiven Teilschritten.

Fig. 1 zeigt ein Wertdokument 1, wie beispielsweise eine Banknote, welches mit mehreren, unterschiedlichen Arten von optisch variablen Sicherheitselementen 6, 7, 8, 9 versehen ist. Ein Substrat 2 des Wertdokuments 1 weist einen Aufdruck 3 auf, der insbesondere alle Flächen außerhalb der Sicherheitselemente 6, 7, 8, 9 bedeckt. Das optisch variable Sicherheitselement 6 ist ein Patch, der auf das Substrat übertragen wurde. Ein solcher Patch kann mit oder ohne eigene Trägerschicht, wie Folie, ausgestaltet sein. Das Sicherheitselement 6 wird regelmäßig mittels Druck und/oder Wärme, beispielsweise mittels eines Heißsiegellacks, auf dem Substrat befestigt. Das optisch variable Sicherheitselement 7 wurde direkt auf dem Substrat 2 (oder dessen Aufdruck 3) erstellt. Das optisch variable Sicherheitselement 8 ist ein Sicherheitsfaden, der auf dem Substrat 2 liegt, vollständig darin eingebettet ist (und nur durch Öffnungen/ Fenster im Substrat sichtbar ist) oder teilweise in das Substrat eingebettet ist und teilweise darauf liegt. Das optisch variable Sicherheitselement 9 ist überlappend mit, hier vollständig in, dem Sicherheitselement 8 angeordnet. Es kann ein lokal erstelltes oder übertragenes Element sein.
Jedes der optisch variablen Elemente 6, 7, 8, 9 kann nach dem vorliegenden Verfahren erstellt worden sein.
In Fig. 2a bis 2c sind für optisch variable Sicherheitselemente mit Reliefstruktur drei Beispiele von Reliefelementen 10 mit Aufdruck 20 dargestellt. Die Reliefelemente 10 sind jeweils im Querschnitt (obere Hälfte der Darstellung) und in Aufsicht (untere Hälfte der Darstellung) gezeigt. Die Reliefelemente 10 unterscheiden sich in ihrer Reliefform voneinander. Zudem ist der Aufdruck 20 jeweils unterschiedlich gestaltet.
Fig. 2a zeigt ein Reliefelement 10 mit dreieckigem Querschnitt, welches linienförmig ausgebildet ist. In der Reliefstruktur liegt eine Vielzahl der linienförmigen Reliefelemente parallel nebeneinander. Der Aufdruck 20 ist punktförmig, beispielsweise als Teil eines gerasterten Aufdrucks, auf einer Flanke des Reliefelements 10 aufgebracht. Eine Vielzahl von Punkten, die auf jeweils der gleichen Flanke aufgebracht sind, bildet ein optisch variables Motiv, welches der Betrachter nur unter bestimmten Betrachtungswinkeln (von rechts oder von oben) sieht bzw. ihm unter bestimmten Betrachtungswinkeln (von links) verborgen bleibt.
Fig. 2b zeigt ein Reliefelement 10 mit ovalem Querschnitt. Die Reliefelemente 10 und 11 sind - wie Noppen ausgebildet und - in der Reliefstruktur nebeneinander liegend angeordnet. Der Aufdruck 20 ist in Fig. 2b als Beispiel linienförmig ausgestaltet und erstreckt sich - vorzugsweise nicht parallel über die Reliefstruktur aus noppenförmigen Reliefelementen 10, 11. Unter anderem die nicht parallele Anordnung führt bei entsprechender Anpassung von Reliefstruktur und Aufdruck zu einem Bewegungseffekt (bewegtes Motiv). Für den Betrachter entsteht bei einer Änderung des Betrachtungswinkels ein sich bewegendes Motiv, welches sich insbesondere rotierend, pumpend oder linear bewegt. Ein solcher Effekt wird beispielsweise in WO 2016/020066 A2 genauer beschrieben.
Beispielsweise WO 2006/018232 A1 zeigt zu Fig. 2b eine Vielzahl alternativer Reliefformen für die Reliefelemente, insbesondere auch pyramidal mit verschiedenen Grundflächen, Kegel, zylindrisch oder oval (ggf. jeweils als Stumpf) und betrachtet nicht-linienförmige Aufdrucke, die ähnlich wie in Fig. 2a eine Motivwechsel ermöglichen.
DE 102011114647 A1 ist dagegen ein Beispiel für eine ebenso mögliche andere Form der Modifikation der Reliefstruktur, die nicht durch einen Aufdruck (oder alternativ eine Laserung) gebildet ist. In einer regelmäßigen Reliefstruktur sind einzelne Reliefelemente in ihrer Reliefform modifiziert.
Fig. 2c zeigt ein Reliefelement 10, welches mit einer ebenen, gerichteten Fläche ausgestaltet ist. In Fig. 2c ist die Fläche in einem bestimmten Winkel nach rechts geneigt und mit einem vollflächigen Aufdruck 20 versehen. Die Ausrichtung wird in der unteren Darstellung durch einen Pfeil symbolisiert.
Der Aufdruck könnte auch teilflächig, beispielsweise punktförmig, ausgestaltet sein. Ein benachbartes Reliefelement 11 kann - wie dargestellt - eine andere (oder die gleiche) Ausrichtung haben und (ebenso einen gleichartigen oder andersfarbigen Aufdruck aufweisen) oder - wie dargestellt - frei von einem Aufdruck sein.
Die Reliefelemente können sich insbesondere bezüglich Ausrichtung und Neigungswinkel voneinander unterscheiden. Beispielsweise in WO 2013/045054 A1 wird eine derartige Reliefstruktur genauer beschrieben.
Die gerichtete Fläche des Reliefelements 10 ist insbesondere eine reflektierende Fläche.
Das Reliefelement 10 ist in Fig. 2c wabenförmig, kann aber in Aufsicht ebenso rechteckige, quadratische oder ähnliche ebenfalls flächenfüllende Form haben. Die Reliefstruktur umfasst eine Vielzahl der entsprechend direkt aneinander grenzenden Reliefelemente, deren Ausrichtung jeweils individuell gewählt werden kann.
In Fig. 3a bis 3c ist gezeigt, wie die in Fig. 2a bis c dargestellten Reliefelemente 10, additiv aus verschiedenen Reliefteilelementen erstellt werden können.
Fig. 3a zeigt ein dreieckiges Reliefelement 10, welches durch additives Drucken von drei Reliefteilelementen 31, 32 und 33 erzeugt wird. Bevorzugt wird in den drei Teilschritten hintereinander jeweils das gleiche Reliefmaterial übereinander gedruckt. In Fig. 3a sind die Reliefteilelemente 31, 32, 33 unterschiedlich erzeugt worden, sind also insbesondere nicht identisch in ihrer Form. Durch geeignete Wahl der Druckparameter Materialmenge und/oder Materialtemperatur können unterschiedliche Reliefteilelemente übereinander erzeugt werden. Das Reliefteilelement 31 wurde bei höherer Temperatur (und somit größerer Viskosität des Materials) und optional mit größerer Materialmenge erzeugt. Durch die erhöhte Viskosität bildet sich ein flaches und breites Reliefteilelement 31. Das Reliefteilelement 32 wurde bei einer zweiten (z.B. normalen) Temperatur und ggf. mit einer zweiten Menge erzeugt. Es bildet sich ein eher rundes Reliefteilelement 32. Das Reliefteilelement 33 wurde dagegen mit gesenkter Materialtemperatur erzeugt. Es entsteht ein überhöhtes schmales Reliefteilelement 33. Das Reliefelement 10 umfasst zumindest die drei sich überlappenden Reliefteilelemente, die im Querschnitt erkennbar sind. Erkennbar wird die Reliefform des Reliefelementes 10 durch die Teilschritte des additiven Verfahrens bestimmt. Das Reliefelement kann dabei eine Vielzahl (linienförmig) nebeneinander liegender Reliefteilelemente umfassen oder kann linienförmig gestaltet sein.
Die Reliefteilelemente 31, 32, 33 können zweistufig, mittels (UV-) Bestrahlung, ausgehärtet werden. Insbesondere kann jedes Reliefteilelement 31, 32, 33 nach seinem Aufbringen einzeln angehärtet werden. Die angehärteten Reliefteilelemente 31, 32, 33 können dann gemeinsam vollständig ausgehärtet werden. Die Reliefteilelemente 31, 32, 33 können beispielsweise nacheinander mit einem (dem gleichen) Druckkopf oder auch nacheinander mit verschiedenen Druckköpfen erzeugt worden sein.
Fig. 3b zeigt ein halbrundes (oder noppenförmiges) Reliefelement 10, welches drei Reliefteilelemente 34, 35 und 36 umfasst. Die Reliefform des Reliefelementes 10 wird wiederum mittels entsprechend angepasster Teilschritte des Druckens erzeugt. Das Reliefmaterial und/oder die gewählte Temperatur führen zu einer Anpassung der Reliefteilelemente 35, 36 an die Form des ersten Reliefteilelementes. Eine Anpassung des Parameters Aufbringbreite des addierten Materials könnte vorliegend ebenfalls variiert worden sein. Es wird in mindestens drei Teilschritten jeweils das gleiche Material additiv aufgebracht, um das Reliefelement mit der Reliefform zu erzeugen.
Fig. 3c zeigt die gerichtete Fläche des Reliefelementes 10 aus Fig. 2c, welche additiv erzeugt wurde. Das Reliefelement 10 umfasst eine Vielzahl von Reliefteilelementen 37, 38 und 39. In der gezeigten Darstellung sind die Reliefteilelemente wiederum unterschiedlich gestaltet bzw. erzeugt. Beispielsweise werden die Reliefteilelemente 37 mit mehr Material und erhöhter Temperatur erzeugt. Die Reliefteilelemente 38 werden mit mittlerer Materialmenge und mittlerer Auftragstemperatur erstellt. Die Reliefteilelemente 39 werden als flache Reliefteilelemente erzeugt, beispielsweise durch kleine Menge und weiter erhöhte Temperatur. Alternativ werden - insbesondere die das Reliefelement begrenzenden - Reliefteilelemente 39 mit einem anderen Reliefmaterial erzeugt. Das andere Reliefmaterial kann bevorzugt reflektierende Eigenschaften aufweisen, wenn das eigentliche Reliefmaterial beispielsweise (transparent oder opak und) nicht reflektierend ist.
Jedes der Reliefelemente 10 aus Fig. 3a bis 3c (sowie der weiteren Figuren) ist eines der Vielzahl von Reliefelementen einer Reliefstruktur, welche - wie zuvor beschrieben - zusammen mit einer Modifikation der Reliefstruktur, beispielsweise durch einen Aufdruck, als optisch variables Element dient.
Fig. 4 zeigt eine weitere bevorzugte Variante zur Erzeugung eines Reliefelements 10. Eine Vielzahl von Reliefteilelementen 41, 42 wird additiv erstellt, um die Reliefform zu bestimmen. In einem abschließenden Schritt, wird das Reliefelement (individuell oder gemeinsam mit mehreren Reliefelementen) mit einer glättenden, vorzugsweise reflektierenden, Beschichtung 45 versehen. Die Reliefelemente 10 sollen primär gemäß ihrer Ausrichtung reflektieren. Die Oberfläche, welche durch die Reliefteilelemente 42 gebildet wird, könnte, selbst wenn bereits reflektierendes Material verwendet wird, nicht ausreichend gerichtet reflektieren. Um eine ausreichend gerichtete Reflektion zu erreichen erfolgt die glättende Beschichtung 45. Vorliegend umfasst die Beschichtung aufschwimmende, reflektierende Pigmente 46. Die Pigmente sammeln sich daher auf dem Bindemittel 47 an der Oberseite der Beschichtung 45. Es bildet sich eine besonders gut gerichtet reflektierende Fläche aus.
In den Fig. 5 bis 7 sind Varianten gezeigt, in welchen Reliefelemente 11, 12 vollständig additiv erstellt werden (Fig. 5) oder aus einem Prägeanteil und einem additiv erstellten Anteil gebildet werden (Fig. 6 und 7).
Fig. 5a zeigt im Querschnitt - entlang der Linie A von Fig. 5b - zwei Reliefelemente 11 und 12. Beide Reliefelemente werden in Teilschritten additiv aus den Reliefteilelementen 51, 52 und 53 gebildet. Die Teilschritte werden so angepasst, dass das Reliefelement 11 einen ersten Neigungswinkel (35 Grad) und das Reliefelement 12 einen zweiten Neigungswinkel (25 Grad) aufweist. Die Ausrichtung der aneinander grenzenden Reliefelemente 11, 12 ist, wie in Fig. 5b durch die Pfeile angedeutet, identisch. Beide Reliefelemente werden vollständig durch additive Teilschritte erstellt. Denkbar wäre es ebenfalls einen ersten nicht dargestellten Teilbereich als geprägtes Relief bereit zu stellen und in - einem - teils dargestellten - zweiten Teilbereich die Reliefelemente vollständig (und/ oder teilweise) additiv zu erstellen.
Fig. 6a zeigt wiederum im Querschnitt - entlang der Linie A von Fig. 6b - zwei Reliefelemente 11 und 12. Die Reliefelemente 11, 12 umfassen einen Prägeanteil 160 und einen Druckanteil 60. Gleichartige Prägeelemente 161 bilden den Prägeanteil der Reliefstruktur. Durch unterschiedliche Druckanteile 60, die additiv durch Reliefteilelemente 61, 62 erzeugt werden, entstehen unterschiedliche Reliefelemente 11, 12. Das Reliefelement 12 weist, wie in Fig. 6b angedeutet, eine andere Ausrichtung (nach unten) und einen anderen Neigungswinkel (25 Grad) auf als das Reliefelement 11 (35 Grad und nach rechts). Eine einheitliche Reliefstruktur, mit gleichartigen Reliefelementen 161, kann somit für jedes Reliefelement individuell ausgestaltet werden.
Fig. 7a zeigt dagegen im Querschnitt - entlang der Linie A von Fig. 6b - zwei Reliefelemente 11 und 12, welche einen uneinheitlichen Prägeanteil 170 und einen Druckanteil 70 umfassen. Die Prägeelemente 171 und 172 sind bereits unterschiedlich ausgerichtet und unterschiedlich hoch. Die additiv hinzugefügten Reliefteilelemente 71, 72 erzeugen die Reliefform des Reliefelements 11. Im gezeigten Beispiel bleibt das Reliefelement 172 unverändert.
In Fig. 8 ist schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen des optisch variablen Elements gezeigt. Wertdokumente 1 werden auf einem Transportband 88 nacheinander Druckeinheiten 81, 82, 83 und 86 zugeführt. Die Druckeinheiten 81, 82, 83 umfassen bevorzugt jeweils eine Druckeinheit und eine Härtungseinheit. Die Reliefdruckeinheiten 81, 82 und 83 drucken additiv das Reliefmaterial auf das Wertdokument. Jede Reliefdruckeinheit erzeugt zumindest ein Reliefteilelement. Wie zuvor bereits angedeutet, kann beim Drucken ein Parameter des Druckprozesses variiert werden. Insbesondere Temperatur und Materialmenge sind solche Parameter. Bevorzugt ist das Reliefmaterial härtbar, wird also addiert und anschließend durch die Reliefdruckeinheit gehärtet. Der Grad der Härtung bildet einen weiteren flexibel nutzbaren Parameter.
Eine optionale - bei zweistufiger Härtung nutzbare - Aushärtungseinheit ist nicht gezeigt, kann aber verwendet werden, um die einzeln in den Reliefdruckeinheiten 81, 82 und 83 vorgehärteten Reliefelemente gemeinsam vollständig auszuhärten, insbesondere bevor die selektive Modifikation erfolgt. Nach der Reliefdruckeinheit 83 liegt auf dem Substrat die Reliefstruktur mit Reliefelementen vor. Eine Motivdruckeinheit 86 druckt selektiv an bestimmten Positionen ein Motiv auf, das durch die Reliefstruktur für den Betrachter optisch variabel ist.
Die Tinte der Reliefdruckeinheit umfasst eine flüssige, niedrig viskose und ggf. pigmentierte Substanz, die unter Verwendung einer Düsenauftragstechnik z.B. der Ink-Jet Technik aufgebracht wird. Sie wird in ihrem Aggregatzustand verändert, bevorzugt gehärtet. Dies geschieht z.B. physikalisch durch Lösungsmittelentzug und/ oder chemisch durch Polymerisation oder UV Härtung zu einem festen Material.
In den Druckeinheiten können optional unterschiedliche Materialien verwendet werden, die sich insbesondere primär hinsichtlich ihrer Viskosität unterscheiden. Bevorzugt wird ein einheitliches Grundmaterial verwendet, das durch unterschiedliche Beimischungen unterschiedlich viskos ist. So kann beispielsweise die erste Druckeinheit 81 eine zähflüssiges Material mit einer Druckdüse mit großem Durchmesser aufbringen und in die Druckeinheit 83 mit kleinerer Druckdüse ein hoch viskoses Material. Optional umfasst das aufgebrachte Material ein Lösemittel, welches nach dem Aufbringen verdampft.
Zum Aufbringen verschiedener Reliefmaterialien ist es günstig, diese zur Vermeidung einer Prozessmedienvermischung in separaten Systemen aufzubringen, wobei jeweils ein oder mehrere Düsen, Druck- bzw. Spritzköpfe verwendet werden können, die hintereinander parallel zur Substratlaufrichtung montiert werden (z.B. entlang einer Papierbahn oder entlang eines Zylinders).
Werden verschiedene oder gleiche Materialien hintereinander punktgenau neben- und übereinander hinzugefügt, ist dabei ein An- oder Aushärten der einzelnen Schichten erforderlich. Das Aufbringen der folgenden Reliefteilelemente erfolgt in materialbedingt unterschiedlichen zeitlichen Abständen. Sie können dazu wechselweise in verschiedener Laufrichtung oder, bei ausreichendem räumlichen Abstand der die unterschiedlichen Medien führenden Druck- bzw. Spritzköpfe, in gleicher Laufrichtung aufgebracht werden. Bevorzugt ist dieser räumliche Abstand entsprechend dem erforderlichen zeitlichen Abstand in y- und/oder x- Richtung durch variabel platzierbare Druck- bzw. Spritzköpfe und/ oder Traversen gezielt einstellbar. Es ist aber auch möglich, bei jeder Walzenumdrehung nur ein Teilelement aufzutragen und das Substrat erst nach Fertigstellung dem nächsten Produktionsschritt weiterzugeben.
Auch mit anderen additiven Fertigungsverfahren wie dem selektiven Laserschmelzen und das Elektronenstrahlschmelzen für Metalle oder dem selektiven Lasersintern für Polymere, Keramik und Metalle können funktionelle Reliefstrukturen erzeugt werden, die unter gegebenen Blickwinkeln unterschiedliche Erscheinungsfarben oder "Kippbildinformationen" anzeigen. Im Folgenden wird das selektive Lasersintern als Beispiel detaillierter Beschrieben.
Bei einem solchen Verfahren werden einzelne Materialschichten mittels Laser ausgehärtet und das Werkstück wird Schicht für Schicht aufgebaut. Das Pulver wird auf eine Bauplattform mit Hilfe einer Rakel oder Walze vollflächig in einer Dicke von 1 bis 200 µm aufgebracht. Die Schichten werden durch eine Ansteuerung eines Laserstrahles entsprechend der Schichtkontur des Bauteils schrittweise in das Pulverbett gesintert oder eingeschmolzen. Die Bauplattform wird nun geringfügig abgesenkt und eine neue Schicht aufgezogen. Das Pulver wird durch Anheben einer Pulverplattform oder als Vorrat in der Rakel zur Verfügung gestellt. Die Bearbeitung erfolgt Schicht für Schicht in vertikale Richtung, dadurch ist es möglich, auch hinterschnittene Konturen zu erzeugen. Die Energie, die vom Laser zugeführt wird, wird vom Pulver absorbiert und führt zu einem lokal begrenzten Sintern von Partikeln unter Reduktion der Gesamtoberfläche. Es entstehen so beliebige dreidimensionale Geometrien die auch Flankenwinkel mit Hinterschneidungen erlauben.
Mit Hilfe dieser Technik könnte man Lasergesinterte Prototypen oder Einzelteile direkt mit einem funktionellen "Sicherheitsmerkmal versehen", welches z.B. ein Herstellerlabel als betrachtungswinkelabhängiges Kippbild zeigt.
Neben Wertpapieren, Produktverpackungen die in mit einem taktilen Inkjetdrucks funktionalisiert werden können gibt es noch weitere Alternative Ausgangsmaterialien wie z.B. erzeugte Spritzgußteile oder Tiefziehteile die mittels (taktilen) Inkjetdrucks funktionalisiert werden.
Eine Alternative zur vollständigen Erzeugung der Reliefelemente mittels Inkjet ist, dass die Reliefelemente teilweise (analog zu Fig. 6 und 7) mit einem Vakuum-Tiefziehverfahren, auch Vakuumformen oder Thermoforming genannt in einem Thermoplasten erzeugt werden. Die im Unterschied zum Spritzgießen, bei dem erhitzter Kunststoff in einen Hohlraum (Form) gespritzt wird, ist der Ausgangsstoff eine Kunststoffplatte. Diese wird bis zum thermoelastischen Zustand erwärmt und dann auf das Werkzeug gesaugt. Nach dem Abkühlen behält die verformte Platte die gegebene Form. Üblicherweise werden Platten in den Stärken von 0,3 bis 10 mm eingesetzt. Damit ist von leichten Verpackungen bis zu stabilen Gegenständen alles möglich. Nach Bildung der Noppenstruktur kann mittels Inkjet eine ortsaufgelöste farbige Information auf dem Material aufgebracht werden und damit wiederum kippwinkelabhängige optische Variabilität erzeugt werden.

Bezugszeichenliste

1: Wertdokument
2: Substrat
3: Aufdruck
6, 7, 8, 9: Sicherheitselement

10,11,12: Reliefelement
20: Modifizierender Aufdruck

31, 32, ... 39: Reliefteilelemente
41, 42, 51 - 53: Reliefteilelemente
45: Ausgleichsschicht
46: Metallpigmente
47: Bindemittel

60, 70: Druckanteil
61, 62, 71, 72: Reliefteilelemente
160,170: Prägeanteil
161,171,172: Prägeelement

81, 82, 83: Reliefdruckeinheit
86: Motivdruckeinheit
88: Transportbahn

Claims

Verfahren zur Herstellung eines optisch variablen Elements (6, 7, 8, 9), mit den Schritten:
- Erstellen einer Reliefstruktur gebildet aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Reliefelementen (10, 11, 12), wobei die Reliefelemente eine nicht zu der Ebene parallele Reliefform aufweisen;

- selektives Modifizieren der Reliefstruktur, wobei die Modifikation und die Reliefform der Reliefelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur (10, 20) abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt;
wobei die Reliefstruktur zumindest teilweise mittels eines additiven Verfahrens erstellt wird;

dadurch gekennzeichnet, dass

für Reliefelemente (10,11,12) jeweils mehrere Teilschritte des additiven Verfahrens ausgeführt werden, und

die Teilschritte die Reliefform des Reliefelements (10,11,12) bestimmen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Reliefform der Reliefelemente in der Reliefstruktur einheitlich ist, oder

- sich die Reliefformen der Reliefelemente in der Reliefstruktur unterscheiden, insbesondere hinsichtlich eines der Parameter Ausrichtung und/oder Neigung einer reflektierenden Reliefelementfläche.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschritte mittels additivem Drucken erfolgen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Teilschritten zumindest drei übereinander liegende Reliefteilelemente erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilschritte innerhalb des Reliefelements unterschiedlich ausgeführt werden, insbesondere unterschiedlich hinsichtlich der Menge des addierten Materials und/oder eines Verfahrensparameters für das addierte Material.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in den Teilschritten Material aufgebracht wird, dass UV-härtend und/oder reflektierend und/oder opak ist und/oder eingefärbt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das selektive Modifizieren der Reliefstruktur erfolgt
- durch Färben der Reliefstruktur, insbesondere mittels Drucken, oder

- durch weitere, modifizierende Teilschritte des additiven Verfahrens.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefelemente in den formgebenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt werden und in einem Zusatzschritt die Reliefstruktur beschichtet wird, wobei die Beschichtung (45)
- eine glättende Beschichtung und/oder

- eine bereichsweise oder vollflächige, farbgebende Beschichtung und/oder

- eine reflektierende Beschichtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefelemente in mehreren ersten, vorformenden Teilschritten mit einem ersten Reliefmaterial erstellt werden und in einem abschließenden, glättenden Teilschritt mit einem zweiten glättenden Reliefmaterial erstellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das glättende Reliefmaterial Farbpigmente und/oder reflektierende Pigmente (46) umfasst, die in dem Material insbesondere aufschwimmend sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Reliefelemente (11, 12) aus einem Prägeanteil (160, 170) und einem darauf additiv erstellten, formgebenden Anteil (60, 70) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeanteil (160) der Reliefelemente aus identischen Prägeelementen (161) gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Prägeanteil (160) der Reliefelemente aus unterschiedlichen Prägeelementen (171, 172) gebildet ist.
Optisch variables Element (6, 7, 8, 9), mit:
- einer Reliefstruktur gebildet aus einer Vielzahl von in einer Ebene nebeneinander liegenden Reliefelementen (10, 11, 12), wobei die Reliefelemente eine nicht ebenen-parallele Reliefform aufweisen;

- einer Modifikation der Reliefstruktur, wobei die Modifikation und die Reliefform der Reliefelemente so aufeinander abgestimmt sind, dass für einen Betrachter die modifizierte Reliefstruktur abhängig vom Betrachtungswinkel unterschiedliche Darstellungen zeigt;
dadurch gekennzeichnet, dass

die Reliefelemente (10, 11, 12) additiv erstellte Reliefteilelemente (31, 32, 33) umfassen, welche die Reliefform des Reliefelements bestimmen.
Optisch variables Element (6, 7, 8, 9) nach Anspruch 14, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13.