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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Herstellung einer Schablone. Insbesondere betrifft die Erfindung ein solches Verfahren, bei dem eine Deckschicht aus einer aushärtbaren Masse auf ein Gewebe aufgebracht, die Deckschicht ausgehärtet und anschließend mittels Laserstrahlung ortsselektiv, d. h. bereichsweise abgetragen wird. Die Erfindung betrifft auch eine mit diesem Verfahren hergestellte Schablone.
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Schablonen oder Masken werden schon seit langem benutzt, beispielsweise für das elektrochemische Ätzen, z. B. von Metallfolien, für das Beschriften von Verpackungen mittels Spritzverfahren und vor allem für den Siebdruck.
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Beim Siebdruckverfahren wird Druckfarbe durch ein Sieb bzw. Drahtgeflecht (Gitter) aus einem Polymeren oder aus Edelstahl, das über einen Holz oder Metallrahmen gestreckt ist, gepresst, wozu ein Rollenquetscher oder ein Rakel verwendet wird. In den Bereichen des Gitters, in denen das Drucken nicht bewirkt werden soll, ist das Gitter mit einem Negativ des gewünschten Druckdesigns, das als Schablone, Maske oder Matrize bekannt ist, bedeckt. Die Schablone besteht aus einem Material, das gegenüber der zum Druck verwendeten Druckfarbe undurchlässig ist, und wird bspw. durch bildweises Belichten der Bereiche zur Ausbildung der Schablone und nachfolgende wässrige Entwicklung gebildet.
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Es sind bereits viele Verfahren zur Herstellung von Siebdruckschablonen oder -masken (im Folgenden lediglich Schablonen genannt) vorgeschlagen worden. Die Schablonen können entweder unabhängig vom Sieb durch ein indirektes Verfahren oder auf dem Sieb selbst durch ein direktes Verfahren hergestellt werden.
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Beim indirekten Verfahren wird eine lichtempfindliche Schicht einer Emulsion auf eine temporäre Trägerfolie, gewöhnlich eine transparente Polyesterfolie, aufgetragen und nach dem Belichten die Schicht der Emulsion auf der Trägerfolie entwickelt, wobei Wasser verwendet wird, um die nicht belichteten Bereiche der lichtempfindlichen Schicht zu entfernen. Die nasse Schablone auf ihrem Träger wird dann durch Anwendung eines sanften, gleichmäßigen Drucks auf das Sieb geklebt. Nach dem Trocknen wird die Trägerfolie entfernt, wodurch die Schablone auf dem Maschensieb zum Drucken bereit gestellt wird.
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Beim direkten Verfahren wird eine lichtempfindliche Emulsion auf ein Drahtgeflecht aufgetragen und getrocknet, um einen kontinuierlichen, gleichmäßigen Film zu ergeben. Dann wird eine Schablone hergestellt, indem der Überzug direkt mit einem Laser oder fotografisch belichtet und dann das Bild entwickelt wird, indem die nicht belichteten Bereiche des Films mit Wasser entfernt werden.
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In neuerer Zeit sind weitere Verfahren zur Herstellung solcher Schablonen bekannt geworden. So offenbart bspw. die
DE 102 33 767 A1 ein solches Verfahren, bei dem eine Trägerfläche dadurch beschichtet wird, dass auf ein Druckgewebe eine Beschichtungspaste aus lasergravierbarem Werkstoff in unvernetztem Zustand aufgebracht sowie anschließend einem Aushärtungs- bzw. Vernetzungsprozess unterzogen wird. Die Beschichtung wird auf dem Druckgewebe nachfolgend mittels Laserstrahlen bearbeitet.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2005 023 533 B4 ein Verfahren zur Herstellung einer Siedruckschablone bekannt, bei welchem eine auf ein Siebgewebe aufgebrachte Deckschicht aus einer ausgehärteten Schablonenmasse mittels Laserstrahlung ortsselektiv abgetragen wird, so dass das Siebgewebe im Bereich einer vorgegebenen Schablonenstruktur freigelegt ist. Im Zuge der Materialabtragung wird dabei in einem ersten Abtragungsschritt ein von dem Siebgewebe beabstandeter Teil der abzutragenden ausgehärteten Schablonenmasse unter Verwendung von infraroter Laserstrahlung entfernt, und in einem zweiten Abtragungsschritt wird ein das Siebgewebe umgebender Teil der ausgehärteten Schablonenmasse unter Verwendung von ultravioletter Laserstrahlung abgetragen.
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Als Schablonenmasse wird dabei ein unter Lichteinwirkung, insbesondere UV-Lichteinwirkung, aushärtendes Material, insbesondere ein Polymermaterial, verwendet, wie es auch bei herkömmlichen Herstellungsverfahren Anwendung findet.
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Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass beim Auftreffen des Laserstrahls auf eine solche Masse diese erweicht, weshalb die Ränder abgerundet sind und keine scharfen Kanten aufweisen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Schablone oder Maske bereit zu stellen, das die Nachteile des Standes der Technik vermeidet.
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Diese und weitere Aufgaben werden durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 und die Schablone oder Maske nach Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Schablone oder Maske wird eine Deckschicht aus einer aushärtbaren Masse auf ein Gitter aufgebracht, die Deckschicht ausgehärtet und anschließend mittels Laserstrahlung ortsselektiv abgetragen. Die Deckschicht besteht dabei aus einem Einbrennlack, der auf das Gitter aufgetragen und bei Temperaturen von mindestens 180°C eingebrannt und ausgehärtet wird.
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Einbrennlacke stellen Lacke auf der Basis von Acryl-, Epoxid-, Phenol-, Melamin-, Harnstoff-, Silicon- oder Poylurethanharzen dar, die allein oder in Kombinationen bei höheren Temperaturen gehärtet werden. Die Härtung erfolgt dabei aufgrund von Vernetzungsreaktionen lediglich durch die Aktivierung der in den Molekülen dieser Verbindungen vorhandenen Doppelbindungen.
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In einer vorteilhaften Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird als Einbrennlack ein 2-Komponentenlack verwendet. Zweikomponentenlacke sind Beschichtungsstoffe, bei denen die chemische Reaktion, die zur Härtung führt, so schnell abläuft, dass der Härter separat bereit gestellt und erst unmittelbar vor der Verarbeitung mit dem sogenannten Stammlack vermischt wird. Härter für Zweikomponentenlacke sind meist Polyisocyanate, die mit dem Stammlack zu sehr beständigen Polyurethanlacken vernetzen. Dadurch wird eine mechanisch sehr verschleißfeste, und eine chemisch sehr resistente Beschichtung erzeugt. Der Lack weist dabei eine niedrigere Verdampfungstemperatur als das Gitter auf. Der verwendete Lack ist resistent gegen Lösungsmittel und Elektrolyte.
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Vorteilhafterweise wird das Gitter vollflächig beschichtet. Das Gitter kann auch beidseitig beschichtet werden, es wird jedoch nur von einer Seite mit dem Laser abgetragen, um auch hochgenaue Durchbrüche im Bereich von wenigen um herstellen zu können. Die Abtragung kann dabei auch in mehreren aufeinanderfolgenden Schichten vorgenommen werden.
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Aufgrund der hohen Einbrenn- und Aushärtetemperatur des verwendeten Lackes ist dieser sehr spröde und weist kein thermoplastisches Verhalten auf. Er enthält keinerlei thermoplastische Bestandteile und auch kein Lösungsmittel mehr. Dies hat den Vorteil, dass beim Auftreffen des Laserstrahls auf die Beschichtung der Lack nicht erweicht und die Kontur verliert, sondern sofort verdampft. Der Lack kann hierfür auch eine Einfärbung aufweisen, die die Absorption des Laserstrahls unterstützt. Die Einfärbung ist möglichst dunkel z. B. schwarz oder dunkelblau.
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Als Laser wird bevorzugt ein gepulster YAG-Laser mit einer Leistung von ca. 1 Watt verwendet. Diese sehr geringe Leistung ermöglicht die Entfernung der Lackschicht bis zu einer Tiefe von ca. 40 μm, gleichzeitig ist aber auch sichergestellt, dass das Gitter aufgrund der geringen Leistung des Lasers bei der Abtragung nicht beschädigt wird.
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Die geringe Leistung des Lasers gewährleistet eine konturenscharfe Abtragung, da keine Unterbelichtungsrisiken bestehen. Die Kante zwischen den abgetragenen und nicht abgetragenen. Bereichen ist nicht abgerundet, wodurch ein besserer Druck erzielt wird, da die Farbe nicht durch einen sich verengenden Kanal gepresst werden muss. Der Durchmesser des Laserstrahls im Fokus liegt bei 15 bis 20 μm, so dass extrem dünne Strichstärken erzielt werden können.
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Das Gitter kann aus Metall, Glasfaser oder aus Kohlefasern bestehen. Es kann ein Gewebe oder ein Wirrfasergelege sein.
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Der erfindungsgemäß verwendete Einbrennlack weist ebenfalls eine sehr hohe mechanische Abriebfestigkeit auf, so dass die Rakel, die die Farbe durch die Schablone streicht, auch aus Metall sein kann, während bei den Schablonen des Standes der Technik üblicherweise weiche Kunststoffrakel verwendet werden müssen.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann die Schablone in einen Rahmen, ähnlich einem Diarahmen, eingespannt werden, so dass durch einfachen Austausch dieses Rahmens die Siebdruckmaschine auf einfache Weise umgerüstet werden kann.
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Die Schablone kann auch als Endlosband gefertigt werden, so dass eine Beschriftung, die mittels des Lasers sehr schnell hergestellt werden kann (eine Direktgravur lässt sich in Sekunden bis wenige Minuten erreichen), auch fortlaufende Seriennummern aufweisen kann. Für jeden Druck- oder Ätzvorgang ist aufgrund der fortlaufenden Nummer eine neue Beschriftung erforderlich. Dies wird durch am Endlosband mittels des Lasers hergestellte Gravuren möglich. Nach dem Druck oder Ätzvorgang wird das Endlosband nur um einen Schritt für den nächsten Druck oder Ätzvorgang mit der neuen Schablone weitergespult.
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Die erfindungsgemäße Schablone kann nicht nur als Siebdruckschablone verwendet werden, sie kann ebenso auch als elektrochemische Ätzmaske sowie als Schablone für ein Spritzverfahren benutzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10233767 A1 [0007]
- DE 102005023533 B4 [0008]