DE202021002006U1

DE202021002006U1 - Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a pressed sheet or endless belt surface, which is then subjected to a chemical surface structuring

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Publication number: DE202021002006U1
Application number: DE202021002006.3U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Espe Rolf Dr De
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2031-06-10

Abstract

Herstellung einer ätzresisten Maske zur partiellen Passivierung einer metallischen Pressblech- oder Endlosbandoberfläche, die anschließend einer chemischen Oberflächenstrukturierung unterzogen werden dadurch gekennzeichnet, dass mit Hilfe zumindest eines Lasers unter Verwendung von digitalisierten Daten der gewünschten Struktur, der ätzresiste Lackauftrag partiell da entfernt wird wo die chemische Oberflächenstrukturierung stattfinden soll und unter Verwendung der digitalisierten Daten die Position des wenigsten einen Lasers auf der X- und Y-Koordinate in einer aufgespannten Ebene gesteuert wird.Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface, which is then subjected to a chemical surface structuring, characterized in that with the help of at least one laser using digitized data of the desired structure, the etch-resistant lacquer application is partially removed where the chemical surface structuring should take place and using the digitized data, the position of at least one laser is controlled on the X and Y coordinates in a spanned plane.

Description

Die Erfindung betrifft die Herstellung einer ätzresisten Maske zur partiellen Passivierung einer metallischen Oberfläche von einem Pressblech oder Endlosband, die anschließend einer Oberflächenstrukturierung unterzogen werden, wobei die Oberflächen der metallischen Pressbleche oder Endlosbänder mit einem ätzresisten Speziallack oder einer ätzresisten Spezialfolie versehen werden und je nach Strukturbild, die Maske partiell, mittels eines digital geführten Laser, entfernt wird.The invention relates to the production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic surface of a press plate or endless belt, which is then subjected to a surface structuring, the surfaces of the metallic press plates or endless belts being provided with an etch-resistant special lacquer or an etch-resistant special film and, depending on the structure, the mask is partially removed by means of a digitally guided laser.

Pressbleche oder Endlosbänder werden bei der Oberflächenveredelung von Holzwerkstoffplatten mit Kunststofffolien oder Kunstharzfilmen eingesetzt. Derartige Pressbleche zum Beispiel können aus Edelstahl oder Messing bestehen, die nach der Oberflächenherstellung mit einer Chromschicht ausgerüstet werden. Die Chromschicht dient als Schutz gegen Abrieb und mechanischen Beschädigungen, weiterhin soll bei dem Einsatz von Harnstoff-, Phenol-, Melamin- und Melaminmischharzen eine gute Trennwirkung erzielt werden.Press plates or endless belts are used to refine the surface of wood-based panels with plastic foils or synthetic resin films. Such press plates, for example, can consist of stainless steel or brass, which are provided with a chrome layer after the surface production. The chrome layer serves as protection against abrasion and mechanical damage. Furthermore, a good separating effect should be achieved when using urea, phenol, melamine and melamine mixed resins.

Pressbleche und Endlosbänder mit einer strukturierten Oberfläche werden nach dem Stand der Technik in der Form hergestellt, dass beispielsweise auf ein entsprechend vorbehandeltem Blech oder Endlosband in einem Siebdruckverfahren eine Ätzreserve partiell auf die Oberflächen aufgetragen wird. Die Ätzreserve kann aus einem säureresistentem Lack bestehen, der mittels eines Rakels durch die offenen Siebmaschen auf die Blechoberfläche appliziert wird. Je nach Struktur ist das Sieb partiell beschichtet und die freien Siebflächen ergeben das entsprechende Druckbild der Ätzreserve. Bei dieser Technologie ergeben sich immer wieder Fehldrucke oder unscharfe Druckbilder infolge ungenauer Rakelführung. Die Fehldrucke müssen anschließend mittels Lösungsmittel entfernt und die Blech- oder Bandoberflächen einer neuen Druckfolge zugeführt werden.Press plates and endless belts with a structured surface are produced according to the prior art in such a way that, for example, an etch reserve is partially applied to the surfaces of a correspondingly pretreated plate or endless belt in a screen printing process. The etch reserve can consist of an acid-resistant varnish that is applied to the sheet metal surface through the open meshes of the screen using a squeegee. Depending on the structure, the screen is partially coated and the free screen surfaces produce the corresponding print image of the etching reserve. With this technology, misprints or blurred print images occur again and again as a result of inaccurate squeegee guidance. The misprints then have to be removed with a solvent and the sheet metal or strip surfaces have to be re-printed.

Eine weitere Alternative ist die Möglichkeit ein Fotoverfahren anzuwenden, hierbei wird zunächst eine fotoempfindliche Schicht auf die Blechoberflächen aufgetragen. Im zweiten Schritt wird die aufgetragene und getrocknete fotoempfindliche Schicht belichtet, wobei ein Negativfilm mit den entsprechenden Druckbildern vorgeschaltet wird und somit nur die gewünschten Druckbilder belichtet werden. Anschließend wird eine Entwicklung der Fotoschicht erforderlich mit umfangreichen Spülvorgängen. Nach der Entwicklung der Fotoschicht entsteht so eine Maske mit einer partiellen Fotoschicht, die als Ätzschablone zum Ätzen einer Struktur verwendet werden kann. Another alternative is the possibility of using a photo process, in which a photosensitive layer is first applied to the sheet metal surface. In the second step, the applied and dried photosensitive layer is exposed, a negative film with the corresponding print images being placed upstream and thus only the desired print images being exposed. Subsequently, a development of the photo layer is necessary with extensive rinsing processes. After developing the photo layer, a mask is created with a partial photo layer that can be used as an etching template for etching a structure.

Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren liegt in der Positionierung des Negativ- oder Positivfilms, zur Belichtung der lichtempfindlichen Schicht, speziell dann wenn mehrere Ätzvorgänge bei komplizierten Mehrfachstrukturen erfolgen. Diese Art von Erstellung einer Ätzschablone wurde hauptsächlich für Einfachstrukturen, zum Beispiel einer Holzpore oder geometrischen Struktur, mit einer Ätzstufe entwickelt. Bei den heute entwickelten komplexen Strukturen mit bis zu mehreren unterschiedlichen Ätzstufen wäre dieses Verfahren kaum anwendbar. Die Positionierung und erforderliche Anzahl von entsprechenden Masken bei der Größe der Pressbleche und Endlosbänder wäre sehr aufwendig und kostenintensiv.The difficulty with this method lies in the positioning of the negative or positive film for exposure of the light-sensitive layer, especially when several etching processes are carried out on complex multiple structures. This type of creation of an etching stencil was mainly developed for simple structures, for example a wood pore or a geometric structure, with an etching step. With the complex structures developed today with up to several different etching stages, this process would hardly be applicable. The positioning and the required number of corresponding masks for the size of the press plates and endless belts would be very complex and costly.

Aus dem Stand der Technik ist weiterhin ein Verfahren bekannt, welches anstelle des Siebdruckverfahrens eine Maske mittels Wachsauftrag im Sprühverfahren herstellt. Der partielle Wachsauftrag ist gegen die verwendeten Ätzsäuren oder Ätzmittel resistent und die nicht abgedeckten Stellen können entsprechend angegriffen werden und somit eine Tiefenätzung hervorrufen. Bei diesem Verfahren wird ein Sprühkopf, welcher das Wachs auf die Blechoberfläche aufspritzt, eingesetzt und entlang einer X- und Y-Achse verfährt, welcher digital gesteuert wird. Die verwendeten Sprüh- oder Druckköpfe sind prinzipiell ähnlich wie ein Tintenstrahldrucker aufgebaut, anstelle einer Tinte wird hier Heißwachs aufgetragen, welches auf der Blech- oder Bandoberfläche erkaltet und aushärtet. Anschließend können die Blech- und Bandoberflächen einem Ätzverfahren unterworfen werden. Nach dem Ätzverfahren muss erfahrungsgemäß die Wachsschicht von den Oberflächen entfernt werden. Diese Behandlung ist sehr problematisch, da eine chemische Reinigung nur unvollständig ist und das Wachs sich nur ungenügend entfernen lässt. Für die anschließenden weiteren Ätzprozesse müssen aber fettfreie Oberflächen an den Ätzstellen gewährleistet sein, da sonst keine sauberen und gleichmäßigen Ätztiefen erzielt werden. Es werden kombinierte Reinigungsprozesse notwendig, wobei Hochdruckreiniger und Spezialreinigungsmittel eingesetzt werden. Der Aufwand ist erheblich und führt nicht immer zum Erfolg. Aufgrund der Wachskonsistenz ist der Einsatz von Sprühwachs bei besonders feinen Strukturen als Ätzmaske nur begrenzt möglich.A method is also known from the prior art which, instead of the screen printing method, produces a mask by means of wax application in the spray method. The partial wax application is resistant to the caustic acids or caustic agents used and the uncovered areas can be attacked accordingly and thus cause deep etching. In this process, a spray head, which sprays the wax onto the sheet metal surface, is used and moves along an X and Y axis, which is digitally controlled. The spray or print heads used are basically constructed in a similar way to an inkjet printer; instead of an ink, hot wax is applied here, which cools and hardens on the sheet metal or strip surface. The sheet metal and strip surfaces can then be subjected to an etching process. After the etching process, experience has shown that the wax layer must be removed from the surfaces. This treatment is very problematic because chemical cleaning is incomplete and the wax cannot be removed sufficiently. For the subsequent further etching processes, however, grease-free surfaces must be guaranteed at the etched points, since otherwise clean and uniform etching depths cannot be achieved. Combined cleaning processes are required, using high-pressure cleaners and special cleaning agents. The effort is considerable and does not always lead to success. Due to the wax consistency, the use of spray wax as an etching mask for particularly fine structures is only possible to a limited extent.

Aus der Patentschrift DE 102 24 128 A1 ist ein Verfahren zum Auftrag von Beschichtungen auf Oberflächen bekannt. Um eine exakt dosierbare und ortsaufgelöste Beschichtung von Unterlagen zu ermöglichen, sieht die Erfindung ein Verfahren zum Auftragen von Beschichtungen, wie insbesondere von Lacken, auf Oberflächen mit einer Vorrichtung vor, die einen Dosierkopf umfasst, welcher zumindest eine durch ein Steuersignal ansteuerbare Düse aufweist. Das Auftragen des fluiden Beschichtungsmaterials auf die Oberflächen durch die Düse wird unter Ansprechen auf zumindest ein von einem Rechner erzeugtes Steuersignal ausgeführt. Die zu beschichteten Oberflächen werden dazu in einer Richtung X und die Düse in einer Y-Achse bewegt. Das fluide Beschichtungsmaterial kann aus verschiedenen thermoplastischen Kunststoffen, UV-Lacken, Acrylaten, Duroplasten, Polyestern, Polystyrolen oder Epoxyverbindungen bestehen.From the patent specification DE 102 24 128 A1 a method for applying coatings to surfaces is known. In order to enable a precisely metered and spatially resolved coating of documents, the invention provides a method for applying coatings, such as paints in particular, to surfaces with a device that includes a metering head that has at least one nozzle that can be controlled by a control signal. The application of the fluid coating material to the surfaces through the nozzle is carried out in response to at least one control signal generated by a computer. The too coated surfaces are moved in an X direction and the nozzle in a Y axis. The fluid coating material can consist of various thermoplastics, UV lacquers, acrylates, thermosets, polyesters, polystyrenes or epoxy compounds.

Aus der Patentschrift DE 10 2006 022 722 B4 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Oberflächenstrukturierung eines Pressbleches oder eines Endlosbandes bekannt, wobei durch Auftragen einer Maske zur partiellen Passivierung mittels einer Vorrichtung eine Oberflächenstruktur vorgegeben und durch anschließende chemische Oberflächenbearbeitung hergestellt wird. Dabei werden die Pressbleche oder Endlosbänder in einer ebenen Position auf einer Auflageeinrichtung mit einer planen Oberfläche während der Bearbeitung gelagert und ein Sprühkopf in einem Abstand von 0,1 bis 4 mm zur Oberfläche der Bleche geführt. Dabei hält eine automatische Nivelliereinrichtung den Sprühkopf in dem gewählten Abstand und für die Maske wird ein UV-aushärtender Lack gewählt, welcher nach dem Auftrag in einem Zeitraum von bis zu 60 Sekunden mittels UV-Licht teilweise ausgehärtet wird.From the patent specification DE 10 2006 022 722 B4 a method and a device for the surface structuring of a press plate or an endless belt is known, a surface structure being predetermined by applying a mask for partial passivation by means of a device and being produced by subsequent chemical surface processing. The press plates or endless belts are stored in a flat position on a support device with a flat surface during processing and a spray head is guided at a distance of 0.1 to 4 mm from the surface of the plates. An automatic leveling device keeps the spray head at the selected distance and a UV-curing lacquer is selected for the mask, which is partially cured by means of UV light within a period of up to 60 seconds after application.

Bei diesem Verfahren sind besonders die zu berücksichtigenden Parameter sehr schwierig, will man einwandfreie Maskenbilder erhalten. Bereits eine fehlerhafte UV-Belichtung zeigt unterschiedliche Maskenbilder. Es können auch nicht alle Blechoberflächen angewandt werden, so kommt es bei polierten Flächen zu vagabundierenden UV-Strahlen die auf den Sprühkopf treffen können und somit den Sprühkopf durch abbindenden UV-Lack zerstören. Weiterhin hat sich gezeigt, dass die Maskendruckbilder in der Lackschicht nicht immer gleichmäßig geschlossen sind. Es ergeben sich immer wieder Maskenbilder mit kleinen Freistellen da der Sprühkopf keinen einwandfreien Lackauftrag gewährleisten kann. Das führt dazu, dass die aufgetragene Maske entfernt werden und der Prozess wiederholt werden muss. Es hat sich auch gezeigt, dass manche Fehlstellen nicht immer gesichtet werden welches später zu Fehlätzungen führt. Dadurch entstehen ungleiche Strukturen die anschließend durch Abschleifen der Blechoberflächen beseitigt werden und dem Druckprozess erneut zugeführt werden müssen. Dies ist mit einem erheblichen Aufwand verbunden der Kosten und Produktionsverlust verursacht. Wie in der Patentschrift erwähnt, muss nach dem chemischen Ätzvorgang der UV-Lack der Ätzmaske zunächst mit Reinigungs- und Neutralisierungsmittel entfernt werden. Zusätzlich wird die Entfernung der Lackschichten bei feinen und tiefen Strukturen in den Strukturtälern mittels eines Ultraschallschwingers nötig, da sonst die Lackschichten nicht einwandfrei entfernt werden können. Ein weiterer Nachteil bei diesem Verfahren ist die Perlbildung des Lackes auf den Blechoberflächen. Um die Fließfähigkeit bis zur Herstellung der einzelnen Maskenabschnitte zu gewährleisten, muss der Lack bei einer konstanten Temperatur aufgetragen werden, welches naturgemäß sehr schwierig ist. In der Patentschrift wird weiter über die Schwierigkeiten bei einem zu hohen Lackauftrag gesprochen, hier werden eine Vielzahl von Einzeldüsen vorgeschlagen um diesen Fehler zu vermeiden, wobei sich in der Praxis gezeigt hat, dass diese nicht immer erfolgreich arbeiten und zu Fehldrucken führen.With this method, the parameters to be taken into account are particularly difficult if one wants to obtain perfect mask images. A faulty UV exposure already shows different mask images. Not all sheet metal surfaces can be used either, so on polished surfaces there are stray UV rays that can hit the spray head and thus destroy the spray head with the setting UV varnish. Furthermore, it has been shown that the mask print images in the lacquer layer are not always closed uniformly. There are always mask images with small free spaces because the spray head cannot guarantee a perfect application of paint. As a result, the applied mask is removed and the process has to be repeated. It has also been shown that some imperfections are not always seen, which later leads to incorrect etchings. This creates uneven structures that are then removed by grinding the sheet metal surfaces and then fed back into the printing process. This is associated with considerable effort, causing costs and loss of production. As mentioned in the patent, after the chemical etching process, the UV lacquer of the etching mask must first be removed with a cleaning and neutralizing agent. In addition, it is necessary to remove the lacquer layers in the case of fine and deep structures in the structure valleys using an ultrasonic oscillator, as otherwise the lacquer layers cannot be removed properly. Another disadvantage of this process is the pearling of the paint on the sheet metal surfaces. In order to ensure the flowability up to the production of the individual mask sections, the lacquer must be applied at a constant temperature, which is naturally very difficult. The patent specification also talks about the difficulties with an excessively high paint application, here a large number of individual nozzles are proposed in order to avoid this error, although in practice it has been shown that these do not always work successfully and lead to misprints.

Von diesem Stand der Technik ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Maske zur partiellen Passivierung einer metallischen Pressblech- oder Endlosbandoberfläche vorzuschlagen, die anschließend einer chemischen Oberflächenstrukturierung unterzogen werden, mit der die Nachteile aus dem bekannten Stand der Technik vermieden und die Reproduzierbarkeit und die Genauigkeit der erzielten Masken deutlich verbessert und gleichmäßige Strukturen erzielt werden.Proceeding from this prior art, the present invention is based on the object of proposing a mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface, which are then subjected to a chemical surface structuring, with which the disadvantages of the known prior art are avoided and the reproducibility and the accuracy of the masks obtained is significantly improved and uniform structures can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Pressblech- und Endlosbandoberflächen zunächst mit einer ätzresisten Lackschicht ganzflächig überzogen werden und anschließend mit Hilfe eines Lasers die gewünschten freien Lackstellen zur Strukturätzung hergestellt werden, so dass eine Maske mit partiell gewünschten Passivierungsstellen entsteht, wobei folgende Schritte durchgeführt werden:

- Bereitstellen und Verwendung von digitalisierten Daten der gewünschten Strukturoberfläche,
- Verwendung der digitalisierten Daten zur Positionierung des wenigsten einen Lasers in einer x- und y- Koordinate aufgespannten Ebene,
- Verwendung der z- Koordinate zur Fokussierung des wenigsten einen Laserstrahls, wobei die z- Koordinate die Abtragsgeschwindigkeit und Genauigkeit der Lackschicht bestimmt,
- partielles Abtragen der aufgetragenen Lackschicht durch den wenigsten einen Laserstrahl gemäß der ermittelten Daten und vorbestimmten Oberflächenstruktur.

According to the invention, this object is achieved by first covering the entire surface of the press plate and endless belt surfaces with an etch-resistant lacquer layer and then using a laser to produce the desired free lacquer areas for structure etching, so that a mask is created with partially desired passivation areas, with the following steps being carried out become:

- Provision and use of digitized data of the desired structure surface,
- Use of the digitized data for positioning the least one laser in an x- and y-coordinate plane,
- Use of the z-coordinate for focusing the at least one laser beam, the z-coordinate determining the removal rate and accuracy of the lacquer layer,
- Partial removal of the applied lacquer layer by at least one laser beam according to the determined data and predetermined surface structure.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Gegenüber den bisher verwendeten Techniken, zur Erzielung einer ätzresistenten Maske zur Strukturierung von metallischen Oberflächen, werden die Pressbleche und Endlosbänder zunächst ganzflächig mit einer ätzresisten Lackschicht oder Kunststofffolie, die aus unterschiedlichen Materialien bestehen kann, überzogen. Das hat den Vorteil das keine freien Lackstellen entstehen, die später nach der Oberflächenätzung zu Strukturfehlern führen. Auch eine Bläschenbildung in der Lackschicht durch ungenaues Arbeiten von Sprühköpfen kann nicht entstehen. Der ätzresiste Lack kann zum Beispiel im Lackgießverfahren, Siebdruckverfahren oder mit einer Sprühtechnik aufgetragen werden. Die Lackschichten werden anschließend getrocknet oder bei der Anwendung von UV-Lacken mittels einer UV-Trocknungsanlage, die zum Beispiel mit Hg-Mitteldruckstrahlern (Spektrum 250 bis 400nm) ausgerüstet ist, wobei die Leistung in einem Bereich zwischen 80 und 200 W/cm liegen kann, ausgehärtet. Ein weiterer Vorteil liegt bei der Auswahl der Lacksysteme, so kann jedes Lacksystem Anwendung finden das gegen Ätzsäuren zum Beispiel Eisen(III)-chlorid beständig ist. Es können auch Lackfolien zur Anwendung kommen die auf den metallischen Oberflächen haften und eine Passivierung während des Ätzverfahren erzeugen.Further advantageous refinements of the invention emerge from the subclaims. Compared to the previously used techniques to achieve an etch-resistant mask for structuring metallic surfaces, the press plates and endless belts are initially covered over their entire surface with an etch-resistant lacquer layer or plastic film, which can consist of different materials. This has the advantage that there are no free lacquer areas that would later lead to structural defects after surface etching. The formation of bubbles in the paint layer due to inaccurate operation of the spray heads cannot occur either. the Etch-resistant lacquer can be applied, for example, using the lacquer casting process, screen printing process or with a spray technique. The lacquer layers are then dried or, if UV lacquers are used, a UV drying system equipped, for example, with medium-pressure Hg lamps (spectrum 250 to 400 nm), whereby the output can be in a range between 80 and 200 W / cm , hardened. Another advantage lies in the selection of the lacquer systems, so any lacquer system can be used that is resistant to caustic acids such as iron (III) chloride. It is also possible to use lacquer foils which adhere to the metallic surfaces and generate passivation during the etching process.

Nach der Herstellung der Lackschicht auf den metallischen Oberflächen der Pressbleche und Endlosbändern ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie in einer ebenen Position auf einer Auflagevorrichtung mit einer planen Oberfläche während der Bearbeitung gelagert werden. Dazu wird zur sicheren Fixierung der Pressbleche und Endlosbänder eine Auflagevorrichtung mit Vakuumsaugnäpfen empfohlen.After the lacquer layer has been produced on the metallic surfaces of the press plates and endless belts, the invention provides that they are stored in a flat position on a support device with a flat surface during processing. For this purpose, a support device with vacuum suction cups is recommended for secure fixation of the press plates and endless belts.

Gegenüber den bisher verwendeten Techniken werden die partiell erforderlichen freien Lackschichten für den Ätzvorgang mit Hilfe eines Lasers hergestellt, wobei der Laser unmittelbar die erforderlichen freien Lackstellen durch partielles Abtragen erzeugt. Die Laserablation bietet zahlreiche Vorteile gegenüber den traditionellen Verfahren, es werden keine Lösungsmittel benötigt, die so hergestellten partiellen Lackfiguren weisen im Vergleich zu den Figuren im Sprühverfahren scharfe Konturen auf. Eine garantierte Wiederholbarkeit ist bei dieser Technologie gegeben, aufwendige Nacharbeiten werden nicht notwendig.In contrast to the previously used techniques, the partially required free lacquer layers for the etching process are produced with the aid of a laser, the laser directly producing the required free lacquer areas by partial removal. Laser ablation offers numerous advantages over traditional methods, no solvents are required, and the partial lacquer figures produced in this way have sharp contours compared to the figures in the spray method. A guaranteed repeatability is given with this technology, complex reworking is not necessary.

Darüber hinaus kann der Laserstrahl sehr genau gesteuert werden, sodass eine identische Reproduzierbarkeit der partiell gewünschten Lackfiguren zur Passivierung der Oberflächen wiederholt vorgenommen werden kann. Dazu müssen entsprechend der gewünschten Lackfiguren digitalisierte Daten erstellt werden, die später die Maske zur partiellen Passivierung der Oberfläche ergeben. Die vorliegenden Daten werden dann zur Steuerung des Lasers und/oder eines Laserschlittens in einer Ebene verwendet, die durch eine x- und y-Koordinate aufgespannt wird, sodass mit Hilfe der Daten der Laser in eine bestimmte Position verfahren werden kann. Der erforderliche Laserkopfabstand zu den Blechoberflächen wird mit der z-Koordinate geregelt, der sich aus den Laserdaten zur Fokussierung des Laserstrahls ergibt. Der stark fokussierbare Laserstrahl lässt sich präzise nach Wunsch lenken, während exakte und wiederholbare Leistungseinstellungen nur die erforderliche Energiemenge liefern die benötigt werden. Für die Versuche wurde ein gepulster Faserlaser eingesetzt der optimale Reinigungs- bzw. Farbablation lieferte bei minimaler Wärmeentwicklung. Dies ist besonders wichtig zur Vermeidung von Verwerfungen der Blech- oder Bandoberflächen. Auf dem Laserschlitten wird eine Absaugvorrichtung installiert die bei der Farbablation eventuell entstehende Dämpfe absaugt und sie über einen Reinigungsfilter leitet. Bei der Anwendung von UV-Lacken kann entsprechend den Herstellerangaben noch eine nachgeschaltete UV-Lampe installiert werden.In addition, the laser beam can be controlled very precisely so that identical reproducibility of the partially desired paint patterns for passivating the surfaces can be carried out repeatedly. For this purpose, digitized data must be created in accordance with the desired paint patterns, which later result in the mask for the partial passivation of the surface. The available data are then used to control the laser and / or a laser slide in a plane that is spanned by an x and y coordinate so that the laser can be moved to a specific position with the aid of the data. The required distance between the laser head and the sheet metal surfaces is controlled with the z-coordinate, which results from the laser data for focusing the laser beam. The highly focusable laser beam can be steered precisely as required, while exact and repeatable power settings only deliver the required amount of energy that is needed. A pulsed fiber laser was used for the experiments, which provided optimal cleaning and color ablation with minimal heat generation. This is particularly important to avoid warping of the sheet metal or strip surfaces. A suction device is installed on the laser carriage, which extracts any vapors that may arise during color ablation and guides them through a cleaning filter. When using UV varnishes, a downstream UV lamp can be installed in accordance with the manufacturer's instructions.

Erfindungsgemäß ist je nach Lackauftrag vorgesehen, dass die Pressbleche oder Endlosbänder einer Vorbehandlung, beispielsweise einer mechanischen Säuberung und einer Reinigung mit Isopropanol, Ethanol oder anderen Lösungsmittel zur Erzeugung von fettfreien Oberflächen unterzogen werden. Falls erforderlich kann anschliessend eine Behandlung mit einem Primer, beispielsweise mit einer organischen Silylverbindung, erfolgen. Hierdurch kann eine verbesserte Lackhaftung erzielt werden, wenn der Lackhersteller dieses vorschreibt.According to the invention, depending on the application of paint, it is provided that the press plates or endless belts are subjected to a pretreatment, for example mechanical cleaning and cleaning with isopropanol, ethanol or other solvents to produce grease-free surfaces. If necessary, treatment with a primer, for example with an organic silyl compound, can then take place. In this way, improved paint adhesion can be achieved if this is prescribed by the paint manufacturer.

Zur Herstellung der Maske ist erfindungsgemäß eine Vorrichtung vorgesehen, welche eine Auflageeinrichtung für die zu bearbeitenden Materialien, einen Laserkopf mit Strahlaufweitung und Fokussiereinrichtung und eine Gleitführung zur Bewegung des Laserkopfes in eine beliebige Position innerhalb einer durch eine X- und Y-Koordinate aufgespannte Ebene sowie unabhängige Antriebselemente zum Anfahren der Position und einer Steuereinheit umfasst, wobei der Laserkopf zum partiellen Abtrag der Lackschicht dient und mit einer UV-Lichtquelle und einer Absaugdüse ausgestattet ist, welche nach Fertigstellung der Maske mit UV-Licht zur Aushärtung des UV-Lackes bestrahlt und die Absaugdüse die auftretenden Ablationsgase absaugt, wobei der Laserkopf in einem bestimmten Abstand der entsprechend angegebenen Energiewerte zur Oberfläche der Pressbleche oder Endlosbänder geführt ist und eine automatische Nivelliereinrichtung den Laserkopf im gewählten Abstand hält. Die Steuereinheit dient hierbei dazu, mit Hilfe der Antriebselemente den Laserkopf in die bestimmte Position zu verfahren, die durch das das digitalisierte Abbild der herzustellende Maske vorgegeben ist.To produce the mask, a device is provided according to the invention which has a support device for the materials to be processed, a laser head with beam expansion and focusing device and a sliding guide for moving the laser head into any position within a plane spanned by an X and Y coordinate as well as independent Includes drive elements for moving to the position and a control unit, wherein the laser head serves to partially remove the paint layer and is equipped with a UV light source and a suction nozzle, which irradiates with UV light after completion of the mask to cure the UV paint and the suction nozzle sucks the ablation gases that occur, the laser head being guided to the surface of the press plates or endless belts at a certain distance of the correspondingly specified energy values and an automatic leveling device keeps the laser head at the selected distance. The control unit serves to move the laser head into the specific position with the aid of the drive elements, which is predetermined by the digitized image of the mask to be produced.

Die Schlittenführung sollte eine hohe reproduzierbare Genauigkeit zum Anfahren der jeweiligen Position aufweisen und sicherstellen das eine Verfahrweise des Laserkopfes sowohl in X- und Y-Richtung möglich ist. Damit ein gleichbleibender Abstand zu der bearbeitenden Oberfläche gegeben ist, sollte die Schlittenführung so gebaut sein, dass eine Durchbiegung infolge des Eigengewichtes des Laserkopfes vermieden wird. Um geringfügige Abstände infolge einer Durchbiegung, der Schlittenführung, Temperaturschwankung oder anderen Gegebenheit auszugleichen, ist eine Nivelliervorrichtung vorgesehen, die den Laserkopf auf einen konstanten Abstand zum Pressblech hält, um einen sauberen Farbabtrag zu gewährleisten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann je nach gewünschter Farbablationszeit mit mehreren Laseranordnungen ausgestattet sein, welche im Einzelnen zumindest aus einem Laser mit Strahlaufweitung und Fokussiereinrichtung bestehen und in einer Koordinatenrichtung in der Ebene angeordnet sind. Um eine Bearbeitung der vollständigen Oberflächen der Pressbleche oder Endlosbänder zu ermöglichen, werden die entsprechenden Lasereinrichtungen in einer Koordinatenrichtung der Ebene angeordnet und gemeinsam in Richtung der weiteren Koordinatenrichtung der Ebene verfahren.
Die Abstände der einzelnen Laser zur Oberfläche der Lackschicht der Pressbleche oder Endlosbänder ergibt sich aus der Laserenergie die fokussiert und von der Oberfläche absorbiert wird und richtet sich nach der Art und Stärke des Lasers der entsprechend ausgewählt wird.
Um Unebenheiten der aufgelegten Pressbleche und Endlosbänder zu vermeiden werden eine Vielzahl von Teilflächen auf den Auflageflächen ausgebildet, wobei innerhalb der Teilflächen Ansaugöffnungen für eine Vakuumsaugeinrichtung vorhanden sind. Die Pressbleche zum Beispiel können so über die Ansaugöffnungen angesaugt werden und damit ergibt sich ein sicherer Halt und eine optimale Fixierung in der jeweiligen Position. Dabei ist gleichzeitig sichergestellt, dass eventuelle Unebenheiten der Pressbleche und Endlosbänder ausgeglichen werden können. Bei geringfügigen Abweichungen können diese mit Hilfe einer Abstandskontrolle und einer Regelung der Fokussiereinrichtung erfasst und ausgeglichen werden. Es ist vorgesehen, dass die Pressbleche und Endlosbänder in einer horizontalen oder vertikalen Position bearbeitet und in dieser ebenen Position mit Hilfe der Vakuumansaugeinrichtung gehalten werden. Die hierbei verwendeten Arbeitstische sollten eine plangeschliffene Oberfläche aufweisen, um Unebenheiten auszuschließen.
Die nach der Erfindung hergestellten Masken mit der partiellen Passivierung der Pressblech- oder Endlosbandoberflächen werden anschließend einer chemischen Oberflächenbearbeitung nach den bekannten Ätzverfahren unterzogen um entsprechende Oberflächenstrukturen herzustellen. Nach dem Ätzvorgang werden die Oberflächen von der Ätzflüssigkeit gereinigt, dies geschieht in der Regel durch eine Spülung mit Wasser und anschließenden Neutralisierungsmitteln. Für weitere Strukturierungsvorgänge oder Oberflächenbearbeitung muss die Farbmaske von den Blechoberflächen entfernt werden. Bei den bekannten Technologien erfolgt die Reinigung durch Lösungsmittel und teilweise durch mechanische Reinigungsvorgänge, die im höchsten Maße umweltschädlich sind.
Bei der erfindungsgemäßen, Maskenherstellung der zur partiellen Passivierung der Pressblech- und Endlosbandoberflächen eingesetzte Laser kann anschließend auch zur Entfernung der verbliebenen ätzresisten Lackschichten der Masken eingesetzt werden. Bei der Laserreinigung entfällt die Handhabung und Entsorgung gefährlicher chemischer Lösungsmittel, wie sie bei den nach dem Stand der Technik hergestellten ätzresisten Lackschichten eingesetzt werden. Die Reduzierung der Kosten für Verbrauchslösungsmittel und die teuren Anforderungen an die Nachbe-handlung und Entsorgung dieser Chemikalien spielen bei der Laserreinigung keine Rolle, es ist demnach eine ökologisch bevorzugte und kostengünstige Lösung. Die Laserreinigung bietet ein höheres Maß an Kontrolle, als dies bei allen beschriebenen Verfahren möglich ist. Der stark fokussierbare Laserstrahl lässt sich präzise nach Wunsch lenken, die exakte und wiederholbare Leistungseinstellung liefert die erforderliche Energiemenge. Bei den Versuchen wurde ein gepulster Faserlaser eingesetzt, der gezielt optimale Reinigungsergebnisse lieferte bei minimaler Wärmeentwicklung. Die Laserreinigung ist ein berührungsloses Verfahren, bei dem nur die unerwünschten Materialien entfernt werden. Die Laserreinigung liefert fettfreie Oberflächen, die anschließend für einen weiteren Lackauftrag direkt eingesetzt werden können, zum Beispiel für eine zweite Maskenherstellung, die für weitere Strukturierungsvorgänge benötigt wird. Teilweise werden Strukturen hergestellt die verschiedene Strukturtiefen benötigen, wobei für jede Strukturtiefe eine neue Maske zur Strukturätzung erstellt werden muss. Bei der beschriebenen Technologie werden fast keine Abfallprodukte erzeugt, weniger Abfallmaterialien bedeuten auch geringere Prozesskosten.The slide guide should have a high reproducible accuracy for approaching the respective position and ensure that the laser head can be moved in both the X and Y directions. So that there is a constant distance from the surface to be processed, the slide guide should be constructed in such a way that bending due to the weight of the laser head is avoided. A leveling device is provided to compensate for slight gaps due to deflection, the slide guide, temperature fluctuations or other circumstances. which keeps the laser head at a constant distance from the press plate to ensure clean color removal.
Depending on the desired color ablation time, the device according to the invention can be equipped with a plurality of laser arrangements which in detail consist of at least one laser with beam expansion and focusing device and are arranged in one coordinate direction in the plane. In order to enable the complete surfaces of the press plates or endless belts to be processed, the corresponding laser devices are arranged in one coordinate direction of the plane and are moved together in the direction of the other coordinate direction of the plane.
The distances between the individual lasers and the surface of the lacquer layer of the press plates or endless belts result from the laser energy that is focused and absorbed by the surface and depends on the type and strength of the laser that is selected accordingly.
In order to avoid unevenness of the applied pressure plates and endless belts, a large number of partial areas are formed on the bearing surfaces, suction openings for a vacuum suction device being present within the partial areas. The press plates, for example, can be sucked in via the suction openings and this results in a secure hold and optimal fixation in the respective position. At the same time, it is ensured that any unevenness in the press plates and endless belts can be leveled out. In the case of minor deviations, these can be recorded and compensated for with the aid of a distance control and a regulation of the focusing device. It is provided that the press plates and endless belts are processed in a horizontal or vertical position and held in this flat position with the aid of the vacuum suction device. The work tables used for this should have a smoothly ground surface in order to rule out unevenness.
The masks produced according to the invention with the partial passivation of the pressed sheet metal or endless belt surfaces are then subjected to chemical surface processing according to the known etching process in order to produce corresponding surface structures. After the etching process, the surfaces are cleaned of the etching liquid, this is usually done by rinsing with water and then neutralizing agents. For further structuring processes or surface processing, the color mask must be removed from the sheet metal surfaces. In the known technologies, cleaning is carried out using solvents and, in some cases, mechanical cleaning processes, which are extremely harmful to the environment.
In the mask production according to the invention, the laser used for partial passivation of the pressed sheet metal and endless belt surfaces can then also be used to remove the remaining etch-resistant lacquer layers from the masks. With laser cleaning, the handling and disposal of dangerous chemical solvents, such as those used in the etch-resistant lacquer layers produced according to the state of the art, are no longer necessary. The reduction in the cost of consumable solvents and the expensive requirements for the aftertreatment and disposal of these chemicals do not play a role in laser cleaning, so it is an ecologically preferred and inexpensive solution. Laser cleaning offers a greater degree of control than is possible with any of the methods described. The highly focusable laser beam can be directed precisely as required, the exact and repeatable power setting provides the required amount of energy. A pulsed fiber laser was used in the tests, which deliberately delivered optimal cleaning results with minimal heat generation. Laser cleaning is a non-contact process in which only the unwanted materials are removed. Laser cleaning provides grease-free surfaces that can then be used directly for another paint application, for example for a second mask production, which is required for further structuring processes. Structures are sometimes produced that require different structure depths, with a new mask for structure etching having to be created for each structure depth. With the technology described, almost no waste products are generated, and fewer waste materials also mean lower process costs.

In den Ausschnitten 1 bis 4 werden die einzelnen erfindungsgemäßen Schritte der Maskenherstellung verdeutlicht. In 1 wird die gesamte Oberflächenbeschichtung 6 der Pressbleche und Endlosbänder 5 aufgezeigt. 2 zeigt die partielle Maske 6 der Oberflächenbeschichtung und 7 den Teil der Blechoberfläche der Maskenbeschichtung den der Laser entfernt und zur chemischen Strukturätzung freigelegt hat. In 3 wird das Pressblech oder das Endlosband 5 mit der partiellen Lachschicht 6 und der hergestellten Struktur 8 nach dem Ätzvorgang gezeigt. 4 zeigt den Teilausschnitt von einem Pressblech oder Endlosband 5 ohne Maske und mit einer chemisch geätzen Struktur 8 .
In der Zeichnung 5 wird in einer Draufsicht die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Bearbeitung und Erstellung der partiellen ätzresisten Maske dargestellt. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Auflagenvorrichtung 12 in einer horizontalen Position dargestellt, wobei auch eine vertikale und geneigte Position zur Bearbeitung des Pressblechs 5 möglich ist. Die Auflagenvorrichtung 12 ist mit einer Vielzahl an einzelnen planen Flächen 10 auf der Auflagefläche 9 ausgerüstet, auf der ein Pressblech 5 aufliegt und von den Ansaugöffnungen 11 gehalten wird. Die dazugehörige Vakuumpumpanlage ist nicht dargestellt. Entlang des Pressblechs 5 sind Führungsschienen 14 angeordnet, auf denen Gleitführungen 13 entlang verfahrbar sind, dazu dienen die Antriebselemente 15 und 16. Die Antriebselemente 15 und 16 werden über eine Steuereinrichtung 19, die vorzugsweise EDV-unterstützt sein sollte, angesteuert. Mit Hilfe der Antriebselemente 15 und 16 wird der Laserkopf 17 in Richtung der X-Achse und Y-Achse schrittweise verfahren. Zur Absaugung bei eventuell anfallenden Ablationsgasen ist auf der Antriebselementeneinrichtung 16 eine Absaugeinrichtung 18 vorgesehen. Die Laseranordnung 17 besteht aus einem Laser, einer Strahlaufweitung und einer Fokussiereinrichtung. Sollten zur Beschleunigung des Lackabtrags mehrere Laser eingesetzt werden, können diese in einer Reihe, das bedeutet in einer Koordinatenrichtung gegebenenfalls in einem vordefinierten Abstand zu dieser Reihe angeordnet werden. Diese Laser können gleichzeitig in ihrem entsprechenden Teilbereich die Oberfläche der Pressbleche 5 bearbeiten.In the clippings 1 until 4th the individual steps of the mask production according to the invention are illustrated. In 1 becomes the entire surface coating 6th the press plates and endless belts 5 shown. 2 shows the partial mask 6th the surface coating and 7 the part of the sheet metal surface of the mask coating which the laser has removed and exposed for chemical structure etching. In 3 becomes the press plate or the endless belt 5 with the partial layer of laughter 6th and the structure produced 8th shown after the etching process. 4th shows the partial section of a press plate or endless belt 5 without a mask and with a chemically etched structure 8th .
In the drawing 5 the device according to the invention for processing and creating the partial etch-resistant mask is shown in a top view. In the embodiment shown, the support device is 12th shown in a horizontal position, with also a vertical and inclined position for processing the press plate 5 is possible. The support device 12th is with a large number of individual flat surfaces 10 on the support surface 9 equipped on which a press plate 5 and from the suction openings 11 is held. The associated vacuum pump system is not shown. Along the press plate 5 are guide rails 14th arranged on which sliding guides 13th can be moved along, the drive elements are used for this 15th and 16 . The drive elements 15th and 16 are controlled via a control device 19, which should preferably be EDP-supported. With the help of the drive elements 15th and 16 becomes the laser head 17th Move step by step in the direction of the X-axis and Y-axis. The drive element device is used for suctioning off any ablation gases that may arise 16 a suction device 18th intended. The laser arrangement 17th consists of a laser, a beam expansion and a focusing device. If several lasers are used to accelerate the removal of paint, they can be arranged in a row, that is, in a coordinate direction, if necessary at a predefined distance from this row. These lasers can simultaneously touch the surface of the press plates in their corresponding sub-area 5 edit.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

55: PressblechPress plate
66th: Ätzresiste LackschichtEtch-resistant lacquer layer
77th: Partiell vom Laser freigelegte Pressblechoberfläche zur StrukturätzungPress sheet surface partially exposed by the laser for structure etching
88th: Oberflächenstruktur nach dem chemischen ÄtzvorgangSurface structure after the chemical etching process
99: AuflageflächeSupport surface
1010: PlanflächenFlat surfaces
1111: AnsaugöffnungenSuction openings
1212th: AuflagenvorrichtungSupport device
1313th: GleitführungenSliding guides
1414th: FührungsschienenGuide rails
1515th: AntriebsmotorenDrive motors
1616: AntriebselementDrive element
1717th: LaseranordnungLaser arrangement
1818th: AbsaugvorrichtungSuction device

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 10224128 A1 [0007]
DE 102006022722 B4 [0008]

Claims

Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface, which is then subjected to a chemical surface structuring , characterized in that with the help of at least one laser using digitized data of the desired structure, the etch-resistant lacquer application is partially removed where the chemical surface structuring should take place and using the digitized data, the position of at least one laser is controlled on the X and Y coordinates in a spanned plane.

Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface Claim 1 characterized in that several lasers are used in one coordinate direction in the plane and are moved together in the direction of the coordinate.

Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface Claim 1 or 2 characterized in that the focusing of the at least one laser beam to the press plate or endless belt surface is controlled in the z-coordinate via the laser device.

Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface Claim 1 , 2 and 3 characterized in that the press plate or endless belt is fixed on a vacuum table.

Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface Claim 1 , 2 , 3 and 4th characterized in that after the etching process, the lacquer layers are removed by means of the same laser device.

Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface Claim 1 , 2 , 3 , 4th and 5 characterized in that one or more pulsed fiber lasers are used.

Production of an etch-resistant mask for the partial passivation of a metallic pressed sheet or endless belt surface Claim 1 , 2 , 3 , 4th , 5 and 6th characterized in that ytterbium pulsed fiber lasers are used.