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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur auf einer Trägerplatte gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Bekannt sind Herstellverfahren, bei denen Stanzformen sowie Rillformen und Perforierformen mit hohem manuellen Aufwand - maximal mit der Unterstützung von Laser-Schneidesystemen - hergestellt werden.
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In diesem Fall werden Schneidewerkzeuge, Stanzwerkzeuge, Auswerfer, Ausbrecher und Stabilisatoren in Handarbeit auf einen Sperrholzträger montiert. Diese Montage erfolgt auf Basis einer Konstruktion von Faltschachteln oder Wellpappenverpackungen. Diese Daten liegen in der Regel als CAD (oder verwandte Daten) vor.
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Die Stanzformen liegen in zwei Varianten vor, nämlich als Flachbettstanzen oder Rotationsstanzen. Rotationsstanzen bedingen einen zusätzlichen Montageaufwand, da die gerundete Stanzform auf einem Stanzzylinder an der Druckmaschine montiert werden muss.
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Neben den Stanzformen sind Abfallformen bzw. Reinigungsformen artverwandt, bei denen ebenfalls auf einer Sperrholz- oder Kunststoffbasis Ausbrechhilfen montiert werden. Diese müssen möglichst zu 100% genau zur Stanzform, sowie den Faltschachtel oder Wellpappenkonstruktionen passen. Die Herstellung der konventionellen Formen ist analog zu den Stanzformen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur auf einer Trägerplatte zu schaffen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch das additive Verfahren eine Umstellung des manuellen Aufbauprozesses (Handarbeit) auf einen industriellen Prozess ermöglicht wird. Ein weiterer Vorteil ist die direkte Umsetzung der Schachtel-Konstruktions-Daten (CAD) auf ein Computerunterstützes Produktionssystem. Schnellere Durchlaufzeiten bei der Produktion von Stanzformen (Flach-/Rotativstanzformen) sowie bei der Produktion von Abfallformen und Reinigungsformen sind ebenfalls vorteilhaft. Schnellere Rüstzeiten, insbesondere bei Rotationsstanzen, da diese direkt auf einen wechselbaren Zylinder gedruckt werden sind ein weiterer Vorteil. Ebenfalls vorteilhaft ist, dass eine In-House Produktion der Stanz- bzw. Abfallformen beim Druckdienstleister über verhältnismäßig einfachen 3 D Druck möglich ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass eine Archivierung der Stanzformen / Abfallformen / Reinigungsformen nicht mehr notwendig ist, da diese aus dem Datenbestand heraus produziert werden können. Vorteilhaft ist weiterhin, dass eine längere Verfügbarkeit von Stanzformen / Abfallformen / Reinigungsformen gewährleistet ist, da diese im Datenbestand vorhanden sind. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es schneller und kostengünstiger gegenüber den analogen Verfahren ist.
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Vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung einer Struktur auf einer Trägerplatte, wobei zur Abbildung der Struktur Komponenten auf der Trägerplatte mittels eines digitalen Materialaufbaus aufgebracht werden und wobei die Komponenten aus unterschiedlichen Materialien auf die Trägerplatte aufgebracht werden bzw. wobei mindestens eine Registerinformation auf der Trägerplatte aufgebracht wird.
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Die Trägerplatte, auf die die Struktur aufgebracht wird, ist vorzugsweise als eine Stanzform, Rillform, Perforierform, Abfallform oder Reinigungsform ausgebildet.
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Vorzugsweise werden die Komponenten sowohl der Stanzform als auch der Abfallform aufgrund CAD-Daten auf die jeweilige Trägerplatte aufgebracht
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Bevorzugt wird mindestens ein Stanzmesser aus einem ersten Material hergestellt, mindestens ein Ausstanzwerkzeug aus einem zweiten Material hergestellt und mindestens ein Stabilisator aus einem dritten Material hergestellt.
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In bevorzugter Ausführung wird mindestens ein Rillwerkzeug aus dem ersten Material als Stanzmesser hergestellt.
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Vorzugsweise wird auf der Trägerplatte mindestens eine Registerinformation aufgebracht. Diese mindestens eine Registerinformation ist vorzugsweise als Tag und/oder als Code, insbesondere als Barcode und/oder QR-Code, und/oder als Marke und/oder als Chip, insbesondere als RFID Chip, ausgebildet. Diese Registerinformation kann vorzugsweise zeitgleich zum Materialaufbau der Komponenten auf der Trägerplatte aufgebracht werden.
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Ein Aufbringen der Trägerplatte erfolgt vorzugsweise mittels Halb- oder Vollautomat auf einem zugeordneten Zylinder.
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Besonders bevorzugt erfolgt das Aufbringen der Komponenten auf der Trägerplatte mittels eines Multi-Komponenten Druckkopf mit multipler Materialzuführung.
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Der Aufbau der Komponenten auf der Trägerplatte erfolgt in einer Ausführungsform vorzugsweise in einem Druckvorgang. In einer weiteren Ausführungsform erfolgt der Aufbau der Komponenten auf der Trägerplatte sequentiell.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 Herstellung von Elementen einer Stanzform via additivem Verfahren;
- 2 Aufbau einer konventionellen Abfallform / Reinigungsform;
- 3 Aufbau der oberen Trägerplatte einer Abfallform / Reinigungsform via additivem Verfahren;
- 4 Aufbau der unteren Trägerplatte einer Abfallform / Reinigungsform via additivem Verfahren;
- 5 Aufbau einer kompletten Abfallform / Reinigungsform via additivem Verfahren.
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Im Bereich der Verpackungsindustrie werden Druckbögen mit Flachbettstanzen zu Faltschachteln oder Wellpappenverpackungen weiterverarbeitet. Durch die Flachbettstanzen werden Verpackungsmechaniken in die Druckbögen gestanzt, überflüssige Bereiche entfernt und zu falzende Stellen gerillt. Die Stanzung bringt den Druckbogen in ein vorgesehenes Endformat und ermöglicht die weitere Verarbeitung zu Faltschachteln und Wellpappenverpackungen in sogenannten Aufrichtern. Der Fertigungsablauf der Flachbettstanze beginnt mit der Zuführung der Bogen mit dem Bogenanleger. Der Einschub führt die Formate unter ein Werkzeug, welches die Konturen - Schnitte und Rillungen - der Verpackung aufweist. Ausgeschnittene Teile werden in der Ausbrechstation vom Zuschnitt getrennt, der schließlich paketweise der Bogenablage zugeführt wird.
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Der Aufbau einer Stanzform erfolgt in vielen manuellen Schritten, der oft mehrere Tage dauert. Der Aufbau einer Stanzform ist relativ komplex, da eine Faltschachtel bzw. eine Wellpappenkonstruktion aus einem CAD System manuell, d. h. in Handarbeit, umgesetzt werden muss.
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1 zeigt eine Stanzform 01, deren Komponenten 04, beispielsweise Stanzmesser 06, Rillwerkzeug 07, Stabilisator 08 und Ausbrechwerkzeug 09, mittels eines digitalen Materialaufbaus, insbesondere mittels einem 3D-Drucksystem 03, insbesondere schichtweise, aufgebaut werden, wobei das zu benutzende Material M1, M2, M3, M4.... zur Herstellung der Komponenten 04 nicht auf eine bestimmt Anzahl limitiert ist (Anzahl Material = N).
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Der Aufbau einer Stanzform 01 besteht aus mehreren Werkstoffen. So wird z.B. Holz für die Basis 02 verwendet, Metall für scharfkantige Messer, z. B. Stanzmesser 06, Metall für stumpfe Rillwerkzeuge 07, z. B. Rillmesser 07 und Kunststoffe in verschiedene Härten für Ausbrecher 09 und Stabilisatoren 08.
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Bei der Herstellung der Komponenten 04 (z. B. scharfes Stanzmesser 06, stumpfes Rillwerkzeug 07, Stabilisator 08 und Ausbrechwerkzeug 09) einer Stanzform 01 via additivem Verfahren werden in einer Variante die einzelnen Komponenten 04 in einem Druckvorgang schichtweise durch ein 3D Drucksystem 03, insbesondere durch Inkjet-Druckköpfe 03, aufgebaut.
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Vorzugsweise wird ein Multi-Komponenten Druckkopf 03 mit multipler Materialzuführung für den Aufbau der Komponenten 04, der vorzugsweise durch ein CAD-System gesteuert wird, verwendet. Ein Ausgleich von eventuell auftretenden Dimensionsänderung und Verzerr-Faktoren durch die Stanzung erfolgt vorzugsweise durch die Anpassung der Stanzwerkzeug-Geometrie. Diese wird im 3D Druck automatisiert durch Kompensationsfaktoren ausgeglichen.
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In einer Variante erfolgt der Aufbau der Komponenten 04 innerhalb eines Druckvorganges. In einer anderen Variante werden die Komponenten 04 sequenziell aufgrund verschiedener Materialien M1, M2, M3, M4,... aufgebaut. Die Zusammensetzung der Komponenten 04 erfolgt bei dieser Variante durch mehrere Druckvorgänge. Die Druckköpfe 03 haben eine festgelegte Tintenformulierung.
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In einer anderen Ausführungsform wird zusätzlich zu den Komponenten 04 auf der Trägerplatte 02 noch mindestens eine Registerinformation auf der Trägerplatte 02 aufgebracht. Diese Registerinformation ist vorzugsweise als Tag und/oder Code, insbesondere als Barcode und/oder als QR-Code, und/oder als Marke und/oder als Chip, insbesondere als RFID-Chip, ausgebildet. Vorzugsweise wird die Registerinformation zeitgleich zum Materialaufbau der Komponenten 04 aufgebracht. Beispielsweise kann ein Formzylinder nach den Registerinformationen gestellt werden.
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Vorzugsweise wird das mindestens eine Stanzmesser 06 aus einem ersten Material M1, das mindestens eine Ausstanzwerkzeug 09 aus einem zweiten Material M2 und mindestens ein Stabilisator 08 aus einem dritten Material M3 hergestellt. Besonders bevorzugt wird das mindestens eine Rillwerkzeug 07 aus dem ersten Material M1 des Stanzmessers 06 hergestellt.
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Im Bereich der Verpackungsindustrie werden Druckbögen auch rotativ mit Rotationsstanzen zur weiteren Verarbeitung zu Faltschachteln oder Wellpappenverpackungen weiterverarbeitet. Durch die Rotationsstanzen werden Verpackungsmechaniken in die Druckbögen gestanzt - überflüssige Bereiche entfernt zu falzende Stellen gerillt (Eindrücken des Druckbogens). Die Stanzung bringt den Druckbogen in ein vorgesehenes Endformat und ermöglich die weitere Verarbeitung zu Faltschachteln und Wellpappenverpackungen in sogenannten Aufrichtern (Faltschachtel-Klebemaschine).
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Der Fertigungsablauf bei der Rotationsstanze ist ähnlich dem der Flachbettstanze. Der Unterschied liegt in der Art des Werkzeuges und der Stanztechnik. Beim Flachbettstanzen wird das plane Werkzeug gegen eine plane Gegenplatte gedrückt; beim rotierenden Verfahren dagegen wird ein „rundes“ Werkzeug gegen einen runden Gegenstanzzylinder gepresst, wobei beide Teile beim Stanzvorgang rotieren. Der Aufbau der Rotationsstanzen gleicht im Wesentlichen dem der üblichen Flachbettstanzen. Die Rotationsstanzform wird als gebogenes Element (gleicher Radius wie Stanzzylinder) auf den Stanzzylinder aufgebracht.
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Der Aufbau der Rotationsstanzen im additiven Verfahren ist mit dem Aufbau der Flachbettstanzen im additiven Verfahren identisch. Der Aufbau der Stanzelemente erfolgt lediglich auf einer gebogenen Form anstatt einer flachen Basisform.
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Die Herstellung der Elemente via additivem Verfahren erfolgt vorzugsweise durch Verwendung eines Multi-Komponenten Druckkopf mit multipler Materialzuführung. Ein Ausgleich von eventuell auftretenden Dimensionsänderung und Verzerr-Faktoren durch die Stanzung erfolgt vorzugsweise durch die Anpassung der Stanzwerkzeug-Geometrie. Diese wird im 3D Druck automatisiert durch Kompensationsfaktoren ausgeglichen.
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In einer Variante erfolgt der Aufbau der Komponenten 04 innerhalb eines Druckvorganges. In einer anderen Variante werden die Komponenten 04 sequenziell aufgrund verschiedener Materialien M1, M2, M3, M4,... aufgebaut. Die Zusammensetzung der Komponenten 04 erfolgt bei dieser Variante durch mehrere Druckvorgänge. Die Druckköpfe 03 haben eine festgelegte Tintenformulierung.
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Im konventionellen Verfahren wird eine Stanzform (gleich ob Flachbettstanze oder Rotationsstanze) auf einen Träger platziert - und in eine Flachbettstanze oder Rotationsstanze als Stanzform eingesetzt (Flachbett) - oder auf einen Stanzzylinder montiert (Rotationsstanze).
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Das additive Verfahren ermöglicht jedoch auch - insbesondere bei Rotationsstanzen - den direkten Aufbau einer Stanzform auf den Stanzzylinder. Dadurch wird ein weiterer Montage-Prozess einer Stanzform vermieden.
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Beispielsweise kann das Trägermaterial mit Hilfe eines Pass-Systems in der Maschine positioniert werde. Ein Aufbringen der Komponenten 04 auf die Trägerplatte 02 ist per Halb- oder Vollautomat, auf einen Träger, insbesondere Formzylinder und/oder Stanzzylinder möglich. Auf dem Trägerzylinder (Formzylinder) wird das Trägermaterial mit einem Klemm-/Spannsystem gehalten. Der Formzylinder kann nach den Registerinformationen gestellt werden.
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2 zeigt den Aufbau einer konventionelle Abfallform / Reinigungsform 11. Diese besteht aus einer oberen Basis 13 und einer unteren Basis 12. Auf der unteren Basis 13 liegt ein Druckbogen 14 auf. Dargestellt sind die Aussparungen für Stanzabfälle 17, welche zwischen den Gegenelementen 21 liegen, sowie ein zu stanzender Bereich 18.
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Die Abfallformen 11, die auch Reinigungssektionen genannt werden, dienen der Reinigung des Blattes 14 von unnötigen Teilen als Abfall. Das erfolgt beim Stanzen auf Stanzautomaten. Das mit der Stanzform eingeschnittene Blatt 14 wird zwischen oberes und unteres Brett eingeführt und die nächste Bewegung der Maschine macht möglich, dass das entbehrliche Material (Abfall) mittels Ausstoßer 18, durch die Öffnungen im unteren Brett durchgedrückt wird. Dadurch dass die Blattreinigung angewendet wird, ist das Stanzen entschieden effektiver.
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Bei einem manuellen Aufbau einer Abfallform / Reinigungsform werde die CAD Daten manuell umgesetzt, das bedeutet, dass die Schachtel / Stanz-Konstruktion per Handarbeit umgesetzt wird. Eine hohe Passgenauigkeit in Relation zur Stanzform wird benötigt, somit müssen die vorgestanzten Elemente zu 100% getroffen werden und mit der Stanzform übereinstimmen.
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Der Aufbau einer Abfallform / Reinigungsform besteht aus mehreren verschiedenen Werkstoffen. So wird z.B. Holz oder Kunststoff für die obere/ untere Basis verwendet.
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Kunststoff findet ebenfalls Verwendung für die Herstellung der Austoß- / Reinigungselemente.
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3 zeigt den additiven Aufbau einer Abfallform 11 auf einer oberen Basis 11, wobei die Ausstoßelemente 18 mittels eines 3D Drucksystems 03, vorzugsweise durch einen Inkjet Druckkopf 03 aufgebaut werden.
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Bei dem additiven Aufbau der oberen Basis 13 erfolgt ein Computer basiertes Umsetzen der CAD Daten der Stanzform für die Abfallform / Reinigungsform 11. Da die Daten zu 100% übertragen werden ist eine hohe Passgenauigkeit in Relation zur Stanzform garantiert Die vorgestanzten Elemente werden zu 100% getroffen und stimmen mit der Stanzform überein.
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Der additive Aufbau der unteren Basis 12 erfolgt, wie in 4 dargestellt, auf einem temporären Unterbau 19, z.B. einem temporären Träger 19, der nach dem Druckvorgang entfernt wird. In der unteren Basis 12 befinden sich die Aussparungen 17 für Stanzabfall.
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Auch für die untere Basis 12 erfolgt ein Computer basiertes Umsetzen der CAD Daten der Stanzform für die Abfallform / Reinigungsform 11. Hohe Passgenauigkeit in Relation zur Stanzform und oberen Basis garantiert die 100% Übertragung der CAD Daten. Vorgestanzte Elemente werden zu 100% getroffen und stimmen mit der Stanzform überein.
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Nachdem der getrennte additive Aufbau sowohl der oberen Basis 13 als auch der unteren Basis 12 abgeschlossen ist, werden diese beide Platten 12, 13, wie in 5 dargestellt, vereinigt.
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Vorzugsweise können auch bei Abfallformen / Reinigungsformen zusätzlich zu den Komponenten, eine oder mehrere Registerinformationen, sowohl auf der unteren Basis 12, als auch auf der oberen Basis 13 aufgebracht werden. Diese Registerinformation ist vorzugsweise als Tag und/oder Code, insbesondere als Barcode und/oder als QR-Code, und/oder als Marke und/oder als Chip, insbesondere als RFID-Chip, ausgebildet. Vorzugsweise wird die Registerinformation zeitgleich zum Materialaufbau der Komponenten 04 aufgebracht.
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Geeignet ist das Verfahren zum Aufbau von Trägerplatten mittels additivem Verfahren zur Herstellung von Stanz-/Rill-/Perforierformen für variable Längs-und Querperforation, für variable Längs-und Querrillung als auch für variable Längs-und Querstanzung, ebenso für Abfallformen und Reinigungsformen.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Stanzform
- 02
- Basis (01), Platte (01); Trägerplatte
- 03
- Inkjet Druckkopf; 3D Drucksystem
- 04
- Komponenten, Elemente
- 05
- -
- 06
- Stanzmesser, scharf
- 07
- Rillwerkzeug, stumpf; Rillmesser
- 08
- Stabilisator
- 09
- Ausbrechwerkzeug; Ausbrechhilfe; Schutz; Ausstanzwerkzeug
- 10
- -
- 11
- Abfallform; Reinigungsform
- 12
- Basis, untere (11); Platte, untere (11); Trägerplatte
- 13
- Basis, obere (11); Platte, obere (11); Trägerplatte
- 14
- Blatt, Druckbogen
- 15
- -
- 16
- Bereich, gestanzt
- 17
- Aussparung
- 18
- Komponente; Ausstoßelement
- 19
- Unterbau, temporär
- 20
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- 21
- Komponente; Gegenelement
- M1
- Material 1
- M2
- Material 2
- M3
- Material 3
- M4
- Material 4
