DE102020125679A1

DE102020125679A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zur Veredelung, von Oberflächen

Info

Publication number: DE102020125679A1
Application number: DE102020125679.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Kazakov; Boris Thiessen; Thomas Bettermann
Original assignee: Homag GmbH
Current assignee: Homag GmbH
Priority date: 2020-10-01
Filing date: 2020-10-01
Publication date: 2022-04-07

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Veredelung eines Werkstücks, indem die Reflexionseigenschaften und/oder die Haptik des Werkstücks mit Hilfe von Laserstrahlung auf präzise und effiziente Weise selektiv stufenlos verändert werden können.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Bearbeitung, insbesondere zur Veredelung im Sinne einer Veränderung der Reflexionseigenschaften und/oder der Haptik eines Werkstücks.
Stand der Technik
Die Reflexionseigenschaften einer Werkstück-Oberfläche können unter anderem durch abrasive Bearbeitungsverfahren wie Schleifen, Polieren oder Strahlen verändert werden. Dabei ist nicht nur der damit verbundene Werkzeugverschleiß und/oder eine Staubentwicklung zu berücksichtigen, sondern auch, dass dabei in der Regel eine dünne Schicht der Werkstück-Oberfläche abgetragen wird, was in bestimmten Fällen ebenfalls nachteilig sein kann.
Zur flächigen Veränderung der Reflexionseigenschaften einer glänzend lackierten Werkstück-Oberfläche ist weiterhin der Einsatz von Excimer- Strahlung bekannt, wodurch in UV-Lackschichten faltige Oberflächen erzeugt werden können, wie unter anderem in den Patentdokumenten DE 10 2011 018 348 A1 oder DE 10 2006 042 063 A1 dargelegt wird. Alternativ können die flächigen Reflexionseigenschaften der UV-Lackschicht beispielsweise auch durch den Auftrag mittels spezieller Walzen (Hot Coating) eingestellt werden.
Zur lokalen Veränderung der Reflexionseigenschaften einer glänzend lackierten Werkstück-Oberfläche lehrt Patentdokument EP 1 990 204 A1 den Lackauftrag mittels Inkjet-Verfahren, indem durch einen gezielten Schichtaufbau eine feine Topographie erzeugt wird. Allerdings sind bei diesem Verfahren keine UV-aushärtbaren Lacke bekannt, die unterschiedliche Reflexionseigenschaften aufweisen.
Eine weitere Möglichkeit zur lokalen Veränderung der Reflexionseigenschaften einer glänzend lackierten Werkstück-Oberfläche ist in den Patentdokumenten EP 3 415 317 B1 und EP 3 415 318 B1 dargelegt, wobei der noch flüssige Lack in lokalen Bereichen einer ersten Lackschicht mittels Aufspritzen von Tröpfchen einer zweiten transparenten Lackschicht mechanisch verdrängt wird, wodurch die Oberfläche der ersten Lackschicht aufgeraut wird.
Darüber hinaus sind verschiedene laserbasierte Verfahren zur Oberflächenbearbeitung bekannt, wie zum Beispiel Abtragen, Gravieren (2D/3D), Texturieren, Aufschäumen oder Strukturieren. Jedoch sind bisher keine laserbasierten Verfahren zur Veränderung der Reflexionseigenschaften eines Werkstücks bekannt.
Darstellung der Erfindung
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mittels derer die Reflexionseigenschaften und/oder die Haptik von Werkstücken auf präzise und effiziente Weise selektiv stufenlos verändert werden können.
Das Werkstück besteht dabei bevorzugt aus einem organischen Werkstoff wie Holz oder Kunststoff und kann auch aus verschiedenen Werkstoffen zusammengesetzt, lackiert oder beschichtet sein. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann das Werkstück weiter veredelt oder für eine nachfolgende Bearbeitung vorbereitet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Bearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 1 sowie ein Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks nach Anspruch 12 gelöst. Besonders bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Im Gegensatz zu den oben genannten abrasiven Verfahren ist das erfindungsgemäße Verfahren gekennzeichnet durch einen geringen Werkzeugverschleiß, eine hohe Automatisierbarkeit sowie eine gute Kombinierbarkeit mit weiteren Bearbeitungsverfahren, insbesondere mit laserbasierten Verfahren wie z.B. Schneiden oder Gravieren oder mit spanenden Verfahren wie z.B. Fräsen oder Bohren. Dafür kann die erfindungsgemäße Vorrichtung entweder neben einer zweiten Bearbeitungsmaschine separat aufgestellt oder (zumindest teilweise) in diese integriert sein.
Gegenüber dem oben genannten Excimer- bzw. Walzenverfahren hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die gewünschten Reflexionseigenschaften in verschiedenen Bereichen des Werkstücks variabel eingestellt werden können. Im Gegensatz zum oben genannten Inkjet-Verfahren können zudem bereits lackierte Oberflächen in einer deutlich kürzeren Zeit bearbeitet werden. Gegenüber dem oben genannten Tröpfchen-Verfahren ist keine zweite Lackschicht erforderlich und es können bereits ausgehärtete Lackschichten bearbeitet werden.
Im Vergleich zu anderen laserbasierten Verfahren erfordert das erfindungsgemäße Verfahren einen relativ geringen Energieeintrag pro Zeit- und Flächeneinheit, so dass die Bearbeitung mit geringerer Laserleistung, geringerer Pulsfrequenz und/oder höherer Geschwindigkeit erfolgen kann, wodurch die Produktivität des Bearbeitungsprozesses insgesamt erhöht werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Werkstück-Aufnahmeeinheit zur Aufnahme eines Werkstücks, einen Bearbeitungsbereich, in dem die Bearbeitung des Werkstücks erfolgt, eine Energiequelle zur Erzeugung von Laserstrahlung, einen Energiestrang zur Leitung der Laserstrahlung in den Bearbeitungsbereich sowie zur dortigen Fokussierung der Laserstrahlung, zumindest eine Antriebseinheit zum Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen dem Fokusbereich der Laserstrahlung und der Werkstück-Aufnahmeeinheit, und eine Steuerungseinheit zur Steuerung der oben genannten Relativbewegung sowie zur Einstellung der Parameter der Laserstrahlung, insbesondere der Leistung und der Pulsfrequenz.
Es sei darauf hingewiesen, dass auch mehrere Energiequellen und/oder Energiestränge zum Einsatz kommen können, dass der Energiestrang mehrere separate optische Elemente, wie Spiegel und/oder Linsen, umfassen kann, dass die Energiequelle und der Energiestrang getrennt sowie in einer Einheit kombiniert vorliegen können, dass der Fokusbereich punkt- oder linienförmig ausgeprägt sein kann, dass die Relativbewegung zwischen Fokusbereich und Werkstück-Aufnahmeeinheit durch Bewegung des Fokusbereichs, Bewegung der Werkstück-Aufnahmeeinheit, oder durch eine Kombination aus beiden Bewegungen erfolgen kann, sowie dass die Bezeichnungen „horizontal“ und „vertikal“ in Relation zur Werkstück-Oberfläche zu verstehen sind.
Die Steuerungseinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ferner eingerichtet, die Laserstrahlung derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich zu richten, dass Bereiche auf und/oder unter der Oberfläche eines im Bearbeitungsbereich befindlichen Werkstücks derart verändert werden, dass sich die Reflexionseigenschaften und/oder die Haptik des Werkstücks in gewünschter Weise verändern. Dazu können einzelne Laser-Impulse mit einem vergleichsweise großen Abstand auf die Werkstück-Oberfläche aufgebracht werden, so dass sich einzelne kleine Unebenheiten bilden, die die gewünschte Veränderung der Reflexionseigenschaften verursachen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können sowohl glänzende Oberflächen mattiert werden als auch matte Oberflächen geglättet werden. Die Kombination verschiedener Bearbeitungsschritte erlaubt zudem eine effiziente Erzeugung optischer sowie haptischer Effekte mit derselben Vorrichtung, welche mit anderen Technologien nicht realisiert werden können.
Die Steuerungseinheit ist dabei vorzugsweise eingerichtet, den Fokusbereich und/oder die pro Zeit- und Flächeneinheit auf das Werkstück eingebrachte Energiemenge in geeigneter Weise einzustellen, beispielsweise durch entsprechende Einstellung der Leistung und/oder der Pulsfrequenz der Laserstrahlung und/oder der Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen dem Fokusbereich der Laserstrahlung und der Werkstück-Aufnahmeeinheit. Durch Variation der genannten Parameter können auf einfache Weise verschiedene Veränderung der Reflexionseigenschaften erreicht werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Werkstück-Aufnahmeeinheit auch eine Fördervorrichtung, mit deren Hilfe das Werkstück in horizontaler Richtung bewegt werden kann. Dadurch kann eine effiziente Bearbeitung besonders langer und/oder mehrerer Werkstücke nacheinander ermöglicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst der Energiestrang zumindest einen beweglichen Spiegel, mit dem der Fokusbereich der Laserstrahlung gegenüber der Werkstück-Aufnahmeeinheit im Wesentlichen horizontal bewegt werden kann. Insbesondere ist die Antriebseinheit eingerichtet, den Spiegel um die X- bzw. Y-Achse zu kippen, und somit die horizontale Position des Fokusbereichs zu steuern.
Dabei ist zu beachten, dass sich der Abstand zwischen dem Fokusbereich und der Werkstück-Oberfläche sowie der Auftreffwinkel der Laserstrahlung in Abhängigkeit des Kippwinkels geringfügig ändert und ggf. kompensiert werden muss. Aufgrund ihrer geringen Masse ermöglichen bewegliche Spiegel im Gegensatz zu transversalen Bewegungsvorrichtungen hohe Relativ-Geschwindigkeiten zwischen dem Fokusbereich und der Werkstück-Oberfläche und somit eine effiziente Bearbeitung.
Die Energiequelle ist vorzugsweise eingerichtet, eine Laserstrahlung mit einer Wellenlänge zwischen 400nm und 1400nm, vorzugsweise zwischen 400nm und 800nm, einer Leistung zwischen 1W und 5000W, vorzugsweise zwischen 3W und 500W, einer Auflösung zwischen 100DPI und 5000DPI, vorzugsweise zwischen 100DPI und 1000DPI und/oder einer Pulsfrequenz zwischen 1kHz und 1000kHz zu erzeugen, während die Antriebseinheit vorzugsweise eingerichtet ist eine Relativbewegung mit einer Geschwindigkeit zwischen 250mm/s und 20.000mm/s zu erzeugen. Die angegebenen Wertebereiche haben sich für die oben genannte Aufgabe als besonders geeignet herausgestellt.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, auch lackierte oder beschichtete Werkstücke bearbeiten zu können. Diese weisen im Vergleich zu unbeschichtete Oberflächen in der Regel einen höheren Reflexionsgrad auf und lassen sich mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung und dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gut bearbeiten.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise eingerichtet, Schmalflächen von Werkstücken bearbeiten zu können. Die Möglichkeit der Bearbeitung Schmalflächen ist besonders vorteilhaft, da diese oft mit Kantenbändern beschichtet sind, welche sich für die erfindungsgemäße Bearbeitung besonders gut eignen.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise eingerichtet, die Laserstrahlung derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich zu richten, dass selektiv unterschiedlich ausgeprägte Bereiche erzeugt werden können. Dadurch können Muster oder stufenlose Verläufe im Reflexionsgrad erzeugt werden, die mit anderen Technologien nicht realisiert werden können.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise eingerichtet, die Laserstrahlung derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich zu richten, dass auf der Werkstück-Oberfläche geglättete Bereiche mit mittleren Rautiefen zwischen 0,03µm und 0,1µm und/oder aufgeraute Bereiche mit mittleren Rautiefen zwischen 0,1µm und 1,5µm und/oder haptisch ertastbare Bereiche mit mittleren Rautiefen zwischen 0,05mm und 5mm erzeugt werden.
Die genannten Rautiefen haben sich als besonders geeignet herausgestellt, um die Reflexionseigenschaften bzw. die Haptik einer Oberfläche in gewünschter Weise zu verändern.
Die Steuerungseinheit ist vorzugsweise eingerichtet, die Laserstrahlung derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich zu richten, dass Bereiche im Inneren einer lichtdurchlässigen Beschichtung, wie zum Beispiel einer transparenten Lackschicht, einer Werkstück-Oberfläche bevorzugt durch Ionisierung, Plasmabildung und/oder thermische Zerstörung verändert oder entfernt werden. Die Bearbeitung beschichteter Oberflächen hat sich als besonders vorteilhaft und erstrebenswert herausgestellt.
Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Bearbeitung zumindest eines Bereichs eines Werkstücks wird eine Laserstrahlung zu einem Werkstück geleitet, die Laserstrahlung in einem Fokusbereich fokussiert und eine Relativbewegung zwischen dem Fokusbereich und dem Werkstück herbeigeführt, wobei die Laserstrahlung derart eingestellt und auf das Werkstück gerichtet wird, dass Bereiche auf und/oder unter der Werkstück-Oberfläche derart verändert oder entfernt werden, dass sich die Reflexionseigenschaften und/oder die Haptik des Werkstücks in gewünschter Weise verändern.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise auch die Einstellung der Leistung und/oder der Pulsfrequenz der Laserstrahlung, insbesondere in Abhängigkeit des Werkstoffs und/oder der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks. Dadurch können die gewünschten Reflexionseigenschaften und/oder die gewünschte Haptik in vorteilhafter Weise eingestellt werden.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise auch die Einstellung des Abstandes und/oder der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fokusbereich und der Werkstück-Oberfläche, insbesondere in Abhängigkeit des Werkstoffs und/oder der Oberflächenbeschaffenheit. Dadurch können insbesondere Bereiche unterhalb der Werkstück-Oberfläche verändert oder entfernt werden bzw. der Energieeintrag pro Zeit- und Flächeneinheit in vorteilhafter Weise beeinflusst werden, um die gewünschten Reflexionseigenschaften und/oder die gewünschte Haptik zu erzielen.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise die Erzeugung inhomogener Bereiche sowohl auf als auch unter der Werkstück-Oberfläche in beliebiger Reihenfolge. Dadurch können optische Effekte erzeugt werden, die mit anderen Technologien nicht realisiert werden können. Außerdem können die Reflexionseigenschaften so noch besser eingestellt werden.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile einer Vorrichtung, einer Verwendung und/oder eines Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen. Von diesen Zeichnungen zeigt:

1A eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit je einer Antriebseinheit zur Bewegung des Fokusbereichs sowie zur Bewegung der Werkstück-Aufnahmeeinheit.
1B eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur einer Antriebseinheit zur Bewegung des Fokusbereichs.
1C eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur einer Antriebseinheit zur Bewegung der Werkstück-Aufnahmeeinheit.
2A eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer Verwendung zur Veränderung der Reflexionseigenschaften einer unbeschichteten Werkstück-Oberfläche.
2B eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer Verwendung zur Veränderung der Reflexionseigenschaften einer beschichteten Werkstück-Oberfläche durch Erzeugen einer Oberflächenrauheit.
2C eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer Verwendung zur Veränderung der Reflexionseigenschaften einer beschichteten Werkstück-Oberfläche durch Veränderung/Entfernung innenliegender Bereiche.
3A eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer Verwendung zur Haptik-Änderung einer unbeschichteten Werkstück-Oberfläche.
3B eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer Verwendung zur Haptik-Änderung einer beschichteten Werkstück-Oberfläche.
4A eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer kombinierten Verwendung zur Veränderung der Haptik- und Reflexionseigenschaften gemäß 3A und 2B.
4B eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer kombinierten Verwendung zur Veränderung der Haptik- und Reflexionseigenschaften gemäß 3A und 2C.
4C eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer kombinierten Verwendung zur Veränderung der Haptik- und Reflexionseigenschaften gemäß 3A, 2B und 2C.
5A eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer kombinierten Verwendung zur Veränderung der Haptik- und Reflexionseigenschaften gemäß 3B und 2B.
5B eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer kombinierten Verwendung zur Veränderung der Haptik- und Reflexionseigenschaften gemäß 3B und 2C.
5C eine schematische Darstellung des Bearbeitungsbereichs der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erläuterung einer kombinierten Verwendung zur Veränderung der Haptik- und Reflexionseigenschaften gemäß 3B, 2B und 2C.

Detaillierte Beschreibung von Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren aufgeführt sind, benennen identische, einander entsprechende, oder funktionell ähnliche Elemente.
Anhand der beigefügten Figuren werden bevorzugte Ausführungen einer Vorrichtung gemäß der Erfindung beschrieben. In diesem Zusammenhang genannte Modifikationen einzelner Merkmale können jeweils einzeln kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung auszubilden. Obwohl die nachfolgend beschriebene Vorrichtung sowie das entsprechende Verfahren rein beispielhaft und nicht einschränkend zu verstehen sind, können Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen auch zur weiteren Charakterisierung der in den Ansprüchen genannten Vorrichtung und des Verfahrens herangezogen werden.
1A zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform, womit die Reflexionseigenschaften eines Werkstücks durch Laserstrahlung gezielt verändert werden können. Insbesondere handelt es sich um Werkstücke, die im Wesentlichen aus organischen Stoffen wie Holzwerk-stoffen, Verbundstoffen oder Kunststoffen bestehen und eine glänzende Oberfläche aufweisen oder glänzend lackiert oder beschichtet sind.
Die Vorrichtung umfasst eine Werkstück-Aufnahmeeinheit 2 (beispielsweise ein Maschinentisch), die ein Werkstück 1 aufnehmen kann, welches dort aufliegt und/oder durch eine entsprechende Vorrichtung (nicht dargestellt) gehalten wird. In einer Energiequelle 4 wird eine Laserstrahlung 5 mit einer bestimmten Leistung erzeugt, die über einen Energiestrang 6 zum Bearbeitungsbereich 3 geleitet wird, wo der Fokusbereich 8 auf das Werkstück 1 trifft.
Eine erste Antriebseinheit 7a bewegt den Energiestrang 6 und somit den Fokusbereich 8 der Laserstrahlung 5 im Wesentlichen in einer horizontalen X/Y-Ebene (ggf. auch in Z-Richtung) relativ zum Werkstück 1. Dies kann z.B. durch eine Parallelverschiebung und/oder Winkeländerung der auf das Werkstück 1 auftreffenden Laserstrahlung 5, insbesondere mittels beweglicher Spiegel im Energiestrang 6, erfolgen.
Eine zweite Antriebseinheit 7b bewegt die Werkstück-Aufnahmeeinheit 2 und somit das Werkstück 1 in vertikaler Z-Richtung (ggf. auch in horizontaler Y-Richtung) relativ zum Fokusbereich 8. Eine Feinjustierung des Fokusbereichs 8 kann zusätzlich durch den Energiestrang 6 erfolgen. Beide Antriebseinheiten 7a, 7b sowie die Leistung der Energiequelle 4 werden von einer Steuerungseinheit 9 gesteuert, um die gewünschte Relativbewegung bzw. Laserleistung einzustellen.
1B zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform, wobei der Fokusbereich 8 durch den Energiestrang 6 in allen drei Richtungen (X/Y/Z) bewegt werden kann, wohingegen die Werkstück-Aufnahmeeinheit 2 unbeweglich ist. Daher wird in dieser Ausführungsform nur eine Antriebseinheit 7a benötigt. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zur ersten Ausführungsform verwiesen.
1C zeigt schematisch eine Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform, wobei der Fokusbereich 8 unbeweglich ist, wohingegen die Werkstück-Aufnahmeeinheit 2 in allen drei Richtungen (X/Y/Z) bewegt werden kann. Daher wird in dieser Ausführungsform ebenfalls nur eine Antriebseinheit 7b benötigt. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zur ersten Ausführungsform verwiesen.
2A-C zeigen schematisch Vergrößerungen des Bearbeitungsbereichs 3 einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen zur Erläuterung verschiedener Verwendungsbeispiele zur Veränderung der Reflexionseigenschaften eines Werkstücks- 1.
Das Werkstück 1 kann dabei aus einem einzigen Werkstoff bestehen oder mehrere Schichten aus unterschiedlichen Werkstoffen aufweisen. Auf einem Plattenwerkstoff 1b (z.B. einer Holz-, Span-, oder MDF-Platte) kann sich so z.B. ein Substrat 1c (z.B. ein Kantenband aus Holz oder Kunststoff) befinden, welches wiederum eine Beschichtung 1d (z.B. eine Farb- oder Lackschicht) aufweisen kann.
2A zeigt ein erstes Verwendungsbeispiel zur Veränderung der Reflexionseigenschaften eines unbeschichteten Werkstücks 1. Die Laserstrahlung 5 trifft auf das zunächst glatte Substrat 1c. Dabei sind u.a. Fokusbereich 8, Leistung, Pulsfrequenz und Bearbeitungsgeschwindigkeit der Laserstrahlung 5 so eingestellt, dass durch Ionisierung, Plasmabildung und/oder thermische Zerstörung kleine Bereiche 10a auf der Oberfläche 1a verändert oder entfernt werden, so dass sich die Oberflächen-Rauheit erhöht und sich der Reflexionsgrad der Oberfläche 1a somit reduziert.
2B zeigt ein zweites Verwendungsbeispiel zur Veränderung der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1, das sich vom ersten Verwendungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass Bereiche 10a auf der Oberfläche 1a einer Beschichtung 1d verändert oder entfernt werden. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 2A verwiesen.
2C zeigt ein drittes Verwendungsbeispiel zur Veränderung der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1, das sich vom zweiten Verwendungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass Bereiche 10b im Inneren der Beschichtung 1d verändert oder entfernt werden, während die Oberfläche 1a im Wesentlichen unberührt bleibt. Dazu wird der Fokusbereich 8 so eingestellt, dass er unterhalb der Oberfläche 1a liegt. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 2A und 2B verwiesen.
3A-B zeigen schematisch Vergrößerungen des Bearbeitungsbereichs 3 einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen zur Erläuterung verschiedener Verwendungsbeispiele zur Veränderung der Haptik eines Werkstücks 1.
3A zeigt ein viertes Verwendungsbeispiel zur Haptik-Änderung eines unbeschichteten Werkstücks 1. Die Laserstrahlung 5 trifft auf das zunächst glatte Substrat 1c. Dabei sind Fokusbereich 8, Leistung, Pulsfrequenz und Bearbeitungsgeschwindigkeit der Laserstrahlung 5 so eingestellt, dass durch Ionisierung, Plasmabildung und/oder thermische Zerstörung vergleichsweise große Bereiche 10a auf der Oberfläche 1a entfernt oder verändert werden, so dass eine ertastbare Struktur oder Haptik entsteht, um beispielsweise eine Holzmaserung zu imitieren.
3B zeigt ein fünftes Verwendungsbeispiel zur Haptik-änderung eines beschichteten Werkstücks 1, das sich vom vierten Verwendungsbeispiel dadurch unterscheidet, dass Bereiche 10a auf der Oberfläche 1a einer Beschichtung 1d entfernt oder verändert werden, um eine Haptik zu erzeugen. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 3A verwiesen.
4A-C zeigen schematisch Vergrößerungen des Bearbeitungsbereichs 3 einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen zur Erläuterung verschiedener Verwendungsbeispiele zur kombinierten Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1, wobei die Haptik-Änderung vor dem Auftragen der Beschichtung 1d erfolgt.
4A zeigt eine kombinierte Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1 gemäß 3A und 2B. Dazu wird zunächst die Haptik des unbeschichteten Substrats 1c verändert. Anschließend wird die Beschichtung 1d aufgetragen und im letzten Schritt werden Bereiche 10a auf der Oberfläche 1a der Beschichtung 1d verändert oder entfernt, um die gewünschten Reflexionseigenschaften zu erzielen. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 3A und 2B verwiesen.
4B zeigt eine kombinierte Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1 gemäß 3A und 2C. Dazu wird zunächst die Haptik der unbeschichteten Oberfläche 1a verändert. Anschließend wird die Beschichtung 1d aufgetragen und im letzten Schritt werden Bereiche 10b im Inneren der Beschichtung 1d verändert oder entfernt, um die gewünschten Reflexionseigenschaften zu erzielen. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 3A und 2C verwiesen.
4C zeigt eine kombinierte Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1 gemäß 3A, 2B und 2C. Dazu wird zunächst die Haptik der unbeschichteten Oberfläche 1a verändert. Anschließend wird die Beschichtung 1d aufgetragen und im letzten Schritt werden Bereiche 10a, 10b auf der Oberfläche sowie im Inneren der Beschichtung 1d verändert oder entfernt, um die gewünschten Reflexionseigenschaften zu erzielen.
Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 3A, 2B und 2C verwiesen.
5A-C zeigen schematisch Vergrößerungen des Bearbeitungsbereichs 3 einer Vorrichtung gemäß einer der zuvor genannten Ausführungsformen zur Erläuterung verschiedener Verwendungsbeispiele zur kombinierten Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1, wobei die Haptik-Änderung nach dem Auftragen der Beschichtung 1d erfolgt.
5A zeigt eine kombinierte Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1 gemäß 3B und 2B. Dazu wird zunächst die Haptik der bereits beschichteten Oberfläche 1a verändert. Anschließend werden Bereiche 10a auf der Oberfläche 1a der Beschichtung 1d verändert oder entfernt, um die gewünschten Reflexionseigenschaften zu erzielen. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 3B und 2B verwiesen.
5B zeigt eine kombinierte Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1 gemäß 3B und 2C. Dazu wird zunächst die Haptik der bereits beschichteten Oberfläche 1a verändert. Anschließend werden Bereiche 10b im Inneren der Beschichtung 1d verändert oder entfernt, um die gewünschten Reflexionseigenschaften zu erzielen. Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 3B und 2C verwiesen.
5C zeigt eine kombinierte Veränderung der Haptik und der Reflexionseigenschaften eines beschichteten Werkstücks 1 gemäß 3B, 2B und 2C. Dazu wird zunächst die Haptik der bereits beschichteten Oberfläche 1a verändert. Anschließend werden Bereiche 10a, 10b auf der Oberfläche 1a sowie im Inneren der Beschichtung 1d verändert oder entfernt, um die gewünschten Reflexionseigenschaften zu erzielen.
Bezüglich weiterer Merkmale wird auf die Erläuterungen zu 3B, 2B und 2C verwiesen.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass einzelne, jeweils in verschiedenen Ausführungs- und/oder Verwendungsformen beschriebene Merkmale auch in einer einzigen Ausführungs- bzw. Verwendungsform umgesetzt werden können, sofern sie nicht strukturell inkompatibel sind. Gleichermaßen können verschiedene Merkmale, die im Rahmen einer einzelnen Ausführungs- oder Verwendungsform beschrieben sind, auch in mehreren Ausführungs- oder Verwendungsformen einzeln oder in jeder geeigneten Unterkombination vorgesehen sein.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück
1a: Werkstück-Oberfläche
1b: Werkstück-Platte
1c: Werkstück-Substrat
1d: Werkstück-Beschichtung
2: Werkstück-Aufnahmeeinheit
3: Bearbeitungsbereich
4: Energiequelle
5: Laserstrahlung
6: Energiestrang
7a,7b: Antriebseinheit
8: Fokusbereich
9: Steuerungseinheit
10a: veränderte Bereiche auf der Werkstück-Oberfläche
10b: veränderte Bereiche unter der Werkstück-Oberfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011018348 A1 [0003]
DE 102006042063 A1 [0003]
EP 1990204 A1 [0004]
EP 3415317 B1 [0005]
EP 3415318 B1 [0005]

Claims

Vorrichtung zur Bearbeitung zumindest eines Bereichs eines Werkstücks (1), umfassend: eine Werkstück-Aufnahmeeinheit (2), die eingerichtet ist, ein Werkstück (1) aufzunehmen, eine Energiequelle (4), die eingerichtet ist, eine Laserstrahlung (5) zu erzeugen, einen Energiestrang (6), der eingerichtet ist, die Laserstrahlung (5) von der Energiequelle (4) in einen Bearbeitungsbereich (3) zu leiten und in einem Fokusbereich (8) zu fokussieren, mindestens eine Antriebseinheit (7a, 7b), die eingerichtet ist, eine Relativbewegung zwischen dem Fokusbereich (8) und der Werkstück-Aufnahmeeinheit (2) herbeizuführen, eine Steuerungseinheit (9), die eingerichtet ist, die Laserstrahlung (5) einzustellen und die Relativbewegung zwischen dem Fokusbereich (8) und der Werkstück-Aufnahmeeinheit (2) zu steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinheit (9) eingerichtet ist, die Laserstrahlung (5) derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich (3) zu richten, dass Bereiche (10a, 10b) auf und/oder unter der Werkstück-Oberfläche (1a) derart verändert oder entfernt werden, dass sich die Reflexionseigenschaften und/oder die Haptik des Werkstücks (1) in gewünschter Weise verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungseinheit (9) eingerichtet ist, die Leistung, die Pulsfrequenz und/oder den Fokusbereich (8) der Laserstrahlung (5) einzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (9) eingerichtet ist, die Geschwindigkeit der Relativbewegung einzustellen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Werkstück-Aufnahmeeinheit (2) eine Fördervorrichtung umfasst, die eingerichtet ist, das Werkstück (1) horizontal zu bewegen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Energiestrang (6) zumindest einen beweglichen Spiegel und/oder zumindest eine bewegliche Linse umfasst, die eingerichtet sind, den Fokusbereich (8) im Wesentlichen horizontal bzw. im Wesentlichen vertikal gegenüber der Werkstück-Aufnahmeeinheit (2) zu bewegen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Laserstrahlung (5) eine Wellenlänge zwischen 400nm und 1400nm, vorzugsweise zwischen 400nm und 800nm, und/oder eine Leistung zwischen 1W und 5000W, vorzugsweise zwischen 3W und 500W, und/oder eine Auflösung zwischen 100DPI und 5000DPI, vorzugsweise zwischen 100DPI und 1000DPI, und/oder eine Pulsfrequenz zwischen 1kHz und 1000kHz aufweist und/oder die Geschwindigkeit der Relativbewegung zwischen 250mm/s und 20.000mm/s liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, auch lackierte oder beschichtete Werkstücke (1) bearbeiten zu können.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, Schmalflächen von Werkstücken (1) bearbeiten zu können.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (9) eingerichtet ist, die Laserstrahlung (5) derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich (3) zu richten, dass unterschiedlich ausgeprägte Bereiche (10a, 10b) auf und/oder unter der Werkstück-Oberfläche (1a) selektiv und/oder stufenlos verändert oder entfernt werden können.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (9) eingerichtet ist, die Laserstrahlung (5) derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich (3) zu richten, dass auf der Werkstück-Oberfläche (1a) geglättete Bereiche (10a) mit mittleren Rautiefen zwischen 0,03µm und 0,1µm und/oder aufgeraute Bereiche (10a) mit mittleren Rautiefen zwischen 0,1µm und 1,5µm und/oder haptisch ertastbare Bereiche (10a) mit mittleren Rautiefen zwischen 0,05mm und 5mm erzeugt werden.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Steuerungseinheit (9) eingerichtet ist, die Laserstrahlung (5) derart einzustellen und auf den Bearbeitungsbereich (3) zu richten, dass die veränderten Bereiche (10b) im Inneren einer lichtdurchlässigen Beschichtung (1d) liegen und bevorzugt durch Ionisierung, Plasmabildung und/oder thermische Zerstörung verändert oder entfernt werden.
Verfahren zur Bearbeitung zumindest eines Bereichs eines Werkstücks (1), umfassend: Leiten einer Laserstrahlung (5) zu einem Werkstück (1), Fokussieren der Laserstrahlung (5) in einem Fokusbereich (8) und Herbeiführen einer Relativbewegung zwischen dem Fokusbereich (8) und dem Werkstück (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Laserstrahlung (5) derart eingestellt und auf das Werkstück (1) gerichtet wird, dass Bereiche (10a, 10b) auf und/oder unter der Werkstück-Oberfläche (1a) derart verändert oder entfernt werden, dass sich die Reflexionseigenschaften und/oder die Haptik des Werkstücks (1) in gewünschter Weise verändern.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend die Einstellung der Leistung und/oder der Pulsfrequenz der Laserstrahlung (5), insbesondere in Abhängigkeit des Werkstoffs und/oder der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, weiterhin umfassend die Einstellung des Abstandes (d) und/oder der Relativgeschwindigkeit zwischen dem Fokusbereich (8) und der Werkstück-Oberfläche (1a), insbesondere in Abhängigkeit des Werkstoffs und/oder der Oberflächenbeschaffenheit des Werkstücks (1).
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei in beliebiger Reihenfolge Bereiche (11, 12) sowohl auf als auch unter der Werkstück-Oberfläche (1a) verändert werden.