DE102022000188A1

DE102022000188A1 - Process and tool for laminating a three-dimensional workpiece with true-to-contour contours

Info

Publication number: DE102022000188A1
Application number: DE102022000188.8A
Authority: DE
Inventors: Harald Sommer; Thorsten Hartmann
Original assignee: Sommer Eng GmbH; Sommer Engineering GmbH
Current assignee: SOMMER ENGINEERING GMBH, DE
Priority date: 2022-01-18
Filing date: 2022-01-18
Publication date: 2023-07-20

Abstract

Beim Verfahren und Werkzeug zum blasen- und verzugsfreien, sowie konturtreuen Kaschieren eines flächigen, gasdichten Substrats auf die Oberfläche eines gasdichten dreidimensionalen Werkstücks in einem geschlossenen oder halboffenen System (1) werden in einem Vorprozess das zu übertragende Segment (5) des flächigen Substrats (4) hinsichtlich Form und gasdichter Klebeeigenschaften der Oberfläche vorbereitet. Im anschließenden Hauptprozess wird das Segment (5) auf das Werkstück (9) in einem konstanten oder variablen Vakuum und mittels Erwärmung des Segments unter Einsatz eines elastischen Pressmittels (3) kaschiert. Dies erfolgt in zwei geschlossenen Vakuumkammern, wobei die Pressmittelkammer (18) ein Heizelement (2) enthält (das ggf. auch alternativ kühlen kann) und von der Werkstückkammer (17) mittels eines elastisches Pressmittel (3) pneumatisch getrennt ist. Die Werkstückkammer enthält ein flächiges Substrat (4), Übertragungssegment (5), Klebschicht (6) Werkstück (9), Werkstückträger (10), sowie eine Stützstruktur (14). Zusätzlich kann die Werkstückkammer ein weiteres Heiz- und/oder Kühlelement (15), sowie eine Strahlungsquelle (11) enthalten, auch ist es über einen optionalen Einspritzkanal (16) möglich Kleber in die Werkstückkammer einzusprühen. Im Nachprozess wird unter gleichzeitiger Einwirkung von Druck das Übertragungssegment noch einmal erwärmt. Die Gasdrücke in den Kammern werden mittels Gaskanälen (7, 8, 12, 13) und externen Ventilen und Pumpen gesteuert.In the method and tool for the bubble-free and distortion-free and contour-true lamination of a flat, gas-tight substrate on the surface of a gas-tight three-dimensional workpiece in a closed or semi-open system (1), the segment (5) of the flat substrate (4) to be transferred is prepared in a preliminary process with regard to shape and gas-tight adhesive properties of the surface. In the subsequent main process, the segment (5) is laminated onto the workpiece (9) in a constant or variable vacuum and by heating the segment using an elastic pressing means (3). This takes place in two closed vacuum chambers, with the pressing medium chamber (18) containing a heating element (2) (which can alternatively cool if necessary) and being pneumatically separated from the workpiece chamber (17) by means of an elastic pressing medium (3). The workpiece chamber contains a flat substrate (4), transmission segment (5), adhesive layer (6), workpiece (9), workpiece carrier (10) and a support structure (14). In addition, the workpiece chamber can contain a further heating and/or cooling element (15) and a radiation source (11). It is also possible to spray adhesive into the workpiece chamber via an optional injection channel (16). In the post-process, the transfer segment is heated again while pressure is applied at the same time. The gas pressures in the chambers are controlled by means of gas channels (7, 8, 12, 13) and external valves and pumps.

Description

Stand der TechnikState of the art

Lackierung:Paintwork:

Werkstücke erlangen durch klassische Sprühlackierung einen Oberflächenschutz frei wählbarer Farbe(n). Bei diesem Verfahren werden Lösungsmittel eingesetzt und freigesetzt, es kommt zu erheblicher Ressourcenverschwendung, insbesondere an den Rändern des Werkstückes, an denen ein Teil der Farbtröpfchen daneben geht, dem sogenannte Overspray.Workpieces acquire surface protection in freely selectable color(s) through classic spray painting. In this process, solvents are used and released, resulting in a considerable waste of resources, especially at the edges of the workpiece, where some of the paint droplets go astray, the so-called overspray.

Bei den Sprühverfahren kann man davon ausgehen, dass von dem eingesetzten Festkörpermaterial vor allem in der Kunststofflackierung weniger als fünfzig Prozent auf der Oberfläche umgesetzt werden.With the spraying process, it can be assumed that less than fifty percent of the solid material used is converted on the surface, especially in the plastic coating.

Folienkaschierung auf Werkstücke mit 2-D und einfachen 3-D Konturen:Foil lamination on workpieces with 2D and simple 3D contours:

Alternativ können auch Folien flächig auf Werkstücke manuell oder halbautomatisch kaschiert werden, entweder von einer Trägerfolie abgelöst oder direkt aufgetragen bzw. aufgespannt. Die Haftungsqualität ist hierbei oft mangelhaft, da der Kaschiervorgang nicht mit genügend Druck auf die Folie ausgeübt werden kann, Luft sich unter der Folie befindet und der manuelle Prozess nicht stabil reproduzierbar ist und deshalb über einen längeren Zeitraum keine Stabilität aufweist. Des Weiteren werden zum Teil Kleber mit Luftkanälen verwendet, die sich in der Folienoptik im Sichtbereich abzeichnen und so ein negatives optisches Erscheinungsbild ergeben. Die Prozesse sind sehr zeitintensiv und somit weniger für die Serienfertigung geeignet.Alternatively, foils can also be manually or semi-automatically laminated flat on workpieces, either detached from a carrier foil or applied directly or clamped. The adhesion quality is often poor here, since the laminating process cannot be applied with enough pressure on the film, there is air under the film and the manual process cannot be reproduced in a stable manner and is therefore not stable over a longer period of time. In addition, adhesives with air channels are sometimes used, which are visible in the visual area of the film and thus result in a negative visual appearance. The processes are very time-consuming and therefore less suitable for series production.

Aktuell ist bei selektiver Beschichtung von Teiloberflächen eines Werkstücks der Einsatz von Trägerfolien unverzichtbar, bei dem bereits entgitterte flächige Substrate auf die Werkstücke übertragen werden.Currently, the use of carrier foils is indispensable for the selective coating of partial surfaces of a workpiece, with which flat substrates that have already been weeded are transferred to the workpieces.

IMD (Inmould Decoration)/ Tiefziehprozess:IMD (Inmould Decoration)/ thermoforming process:

In einem Tiefziehprozess werden Folien in eine 3-D Form gebracht und diese vorgeformte Folie, die bei entsprechender Dicke Bauteilcharakter aufweisen kann, und anschließend mit einem Kunststoff hinterspritzt oder hinterschäumt. Dieses Verfahren wird bei der Herstellung eines Werkstücks eingesetzt.In a deep-drawing process, foils are brought into a 3D shape and this preformed foil, which can have the character of a component if the thickness is appropriate, and then back-injected or back-foamed with a plastic. This method is used in the manufacture of a workpiece.

Diese Verfahren sind besonders für Großserien geeignet, da bei Stückzahl 1 bis zu einer mittleren Seriengröße die Investitionskosten für Werkzeuge und Anlagen zu hoch sind.These processes are particularly suitable for large series, since the investment costs for tools and systems are too high for a quantity of 1 to a medium series size.

Ein weiterer technischer Nachteil dieses Verfahrens liegt in der geringen Kontur- und Kantenschärfe, die aus der hohen Schichtdicke des eingesetzten Substrats resultiert.Another technical disadvantage of this process is the low definition of contours and edges, which results from the high layer thickness of the substrate used.

Mobile Anwendungenmobile applications

Bei mobilen Anwendungen, d.h. bei Einsatz einer Halbkammer, die direkt auf das Werkstück gasdicht angelegt wird, also einem halboffenen System, ist nach heutigem Stand der Technik der Einsatz einer Membran zur Kraftübertragung auf das flächige Substrat unverzichtbar. In der hier beschriebenen Erfindung ist auch eine Anwendung ohne Membran möglich, bei der eine Trägerfolie die Funktion einer Membran übernimmt.In mobile applications, i.e. when using a half-chamber that is applied gas-tight directly to the workpiece, i.e. a half-open system, the use of a membrane for power transmission to the flat substrate is indispensable according to the current state of the art. In the invention described here, an application without a membrane is also possible, in which case a carrier film assumes the function of a membrane.

Die vorliegende Erfindung löst zahlreiche der aktuellen Probleme und stellt somit eine Weiterentwicklung des derzeitigen Stands der Technik dar.The present invention solves many of the current problems and thus represents a further development of the current state of the art.

BESCHREIBUNGDESCRIPTION

Die vorliegende Erfindung eignet sich für dreidimensionale Werkstücke, d.h. mit Konturen, die leicht oder stark gewölbt sind und eine glatte, texturierte oder teiltexturierte Oberfläche aufweisen, sowie mindestens ein Oberflächenmerkmal wie Kanten, Sicken, tiefe Flächen oder Hinterschnitte aufweisen, die konturtreu kaschiert werden sollen.The present invention is suitable for three-dimensional workpieces, i.e. with contours that are slightly or strongly curved and have a smooth, textured or partially textured surface, and have at least one surface feature such as edges, beads, deep areas or undercuts that are to be laminated true to the contour.

Die vorliegende Erfindung ist geeignet für die Kaschierung von flächigen Substraten auf Oberflächen, die einen dekorativen und bzw. oder technischen Nutzen haben, jedoch nicht für flächige Substrate die als Lage in einem Composite aufgebracht werden. Ein flächiges Substrat kann ein ein- oder mehrlagiges System sein, zumeist aus dünnschichtigen, flächigen Polymeren, dass zudem bedruckt, bedampft oder anderweitig beschichtet wurde oder beschichtet werden kann und welches die Oberflächenkontur des Werkstückes nicht negativ beeinflusst und die Konturschärfe des Bauteiles beibehält.The present invention is suitable for the lamination of flat substrates on surfaces that have a decorative and/or technical use, but not for flat substrates that are applied as a layer in a composite. A flat substrate can be a single- or multi-layer system, mostly made of thin-layer, flat polymers, which is also printed, vaporized or otherwise coated or can be coated and which does not negatively affect the surface contour of the workpiece and retains the contour sharpness of the component.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufigen Prozess, bestehend aus einem Vor-, Haupt und Nachprozess, unter Zuhilfenahme von Maschinen in einem automatisierten bzw. teilautomatisieren Prozessablauf.The present invention relates to a multi-stage process consisting of a pre-, main and post-process with the aid of machines in an automated or semi-automated process sequence.

Bei der vorliegenden Erfindung wird in einem Vorprozess das flächige Polymer vorgeprägt, um die später notwendige Entgitterung zu vereinfachen und das flächige Polymer nicht zu überdehnen.In the present invention, the planar polymer is pre-embossed in a preliminary process in order to simplify the later necessary weeding and not to overstretch the planar polymer.

In dem Hauptprozess geht es um ein automatisiertes Verfahren zur blasen- und verzugsfreien, sowie den Konturen folgenden Aufbringung eines flächigen Polymers (Übertragungssegment) auf die Oberfläche eines dreidimensionalen Werkstückes in einem System zweier Druckkammern, die über die Elastizität eines elastischen Pressmittels miteinander pneumatisch kommunizieren können und mittels einer Kombination von kontrollierter Einwirkung von steuerbarem Druck, Temperaturdifferenzen und Klebemitteln, sowie dem Einsatz von vorgeformten oder elastischen oder beweglichen Pressmitteln, die das flächige Substrat gleichmäßig auf ein Werkstück kaschiert.The main process involves an automated process for the application of a flat polymer (transfer segment) to the surface of a three-dimensional workpiece in a bubble-free, distortion-free and contour-following manner a system of two pressure chambers that can communicate with each other pneumatically via the elasticity of an elastic pressing means and by means of a combination of controlled action of controllable pressure, temperature differences and adhesives, as well as the use of preformed or elastic or movable pressing means that press the flat substrate evenly onto a workpiece concealed.

Hierbei können vorgefertigte starre oder bewegliche dreidimensionale Führungen für das flächige Substrat verwendet werden, um auch Werkstücke mit großer Tiefe, gegebenenfalls auch mit Hinterschnitten, kaschieren zu können.In this case, prefabricated rigid or movable three-dimensional guides can be used for the flat substrate in order to be able to laminate workpieces with great depth, possibly also with undercuts.

In einem Nachprozess wird durch das Zusammenwirken von Temperatur, Druck und Kleber ein enges, kontinuierliches und zeitstabiles Anliegen des flächigen Substrates an das Werkstück auch in Sicken und an Kanten, sowie bei tiefen Flächen und Hinterschnitten bewirkt.In a post-process, the interaction of temperature, pressure and adhesive causes the flat substrate to lie tightly, continuously and over time on the workpiece, including in beads and edges, as well as deep surfaces and undercuts.

Vorprozesspre-process

In einem Vorprozess wird ein flächiges Substrat vorgeprägt, d.h. einem Schnittmuster folgend an der Oberfläche verändert, ohne das flächige Substrat vollständig zu schneiden, um eine einfache Entgitterung während dem Hauptprozess oder im Nachprozess zu ermöglichen und das flächige Substrat im Prozess nicht zu überdehnen. Des Weiteren kann in einem zusätzlichen Schritt der Kleber auf das flächige Substrat ressourcenschonend auf den Übertragungsbereich (das eigentliche Übertragungssegment) bezogen aufgedruckt werden. Bei dieser Anwendung ist es nicht notwendig, etwaige spätere Folienüberstände ebenfalls mit Kleber zu versehen. Das flächige Substrat kann auch mit einem Kleberücken vor der Prägung versehen sein. Ob zuerst eine Prägung erfolgt oder der Kleber aufgebracht wird ist hierbei nicht entscheidend. Alternativ kann auch im Hauptprozess vor Kontakt von Werkstück und Folie ein Kleber als Aerosol in den Zwischenraum zwischen Werkstück und Folie eingesprüht werden. In diesem Fall wird sowohl die Folie als auch das Werkstück mit einem Kleber beschichtet. Dies erfolgt in einer Kammer unter einem gegenüber Umgebungsdruck verminderten Luftdruck.In a pre-process, a flat substrate is pre-embossed, i.e. the surface is modified following a cutting pattern without completely cutting the flat substrate, in order to enable simple weeding during the main process or in the post-process and not to overstretch the flat substrate in the process. Furthermore, in an additional step, the adhesive can be printed onto the flat substrate in a resource-saving manner in relation to the transfer area (the actual transfer segment). With this application, it is not necessary to also apply adhesive to any later excess film. The flat substrate can also be provided with an adhesive backing before embossing. Whether an embossing takes place first or the adhesive is applied is not decisive here. Alternatively, an adhesive can be sprayed as an aerosol into the space between the workpiece and the foil in the main process before the workpiece and foil come into contact. In this case, both the foil and the workpiece are coated with an adhesive. This takes place in a chamber under an air pressure that is reduced compared to the ambient pressure.

Hauptprozessmain process

Im Hauptprozess wird das flächige Substrat auf einen Spannrahmen oder entlang der Kammerwand so gespannt, damit es sich direkt in geringem Abstand bzw. direkt auf dem elastischen Pressmittel befindet, welche gedehnt werden kann. Vor diesem durch eine Druckdifferenz zwischen Pressmittelkammer und Werkstückkammer gegen das Werkstück beweglichen elastischen Pressmittel können sich auch noch weitere entkoppelte elastische Pressmittel befinden, um bestimmte Dehnungseigenschaften zu erzielen.In the main process, the flat substrate is clamped on a clamping frame or along the chamber wall in such a way that it is directly at a small distance or directly on the elastic pressing means, which can be stretched. Further decoupled elastic pressing means can also be located in front of this elastic pressing means, which can be moved against the workpiece due to a pressure difference between the pressing means chamber and the workpiece chamber, in order to achieve specific stretching properties.

In bevorzugten Ausführungsformen werden Spannrahmen für das flächige Substrat genutzt, die entweder eine plane, polygonale oder kurvige, zum Beispiel oval geformte Fläche darstellen, um eine möglichst verzerrungsfreie Dehnung des flächigen Substrats im späteren Hauptprozess sicher zu stellen. Das flächige Substrat nimmt dabei die optimale Form für eine möglichst geringe verzerrende Krafteinwirkung auf das Übertragungssegment ein. Der Spannrahmen des flächigen Substrats kann bei besonders tiefen Werkstücken während des Applikationsprozesses in seiner Breite oder in ausgewählten Bereichen in seiner Höhe oder weiteren Achsen variiert werden, um so eine möglichst spannungsfreie und gleichmäßige Aufbringung der Folie auf das Werkstück zu gewährleisten.In preferred embodiments, clamping frames are used for the flat substrate, which represent either a flat, polygonal or curved, for example oval-shaped surface, in order to ensure that the flat substrate is stretched as distortion-free as possible in the subsequent main process. The flat substrate assumes the optimum shape for the least possible distorting force on the transmission segment. In the case of particularly deep workpieces, the clamping frame of the flat substrate can be varied in its width or in selected areas in its height or other axes during the application process in order to ensure that the film is applied to the workpiece as uniformly and without tension as possible.

Anders als in einem dem heutigen Stand der Technik entsprechenden Tiefziehprozess kann das flächige Substrat im Standardprozess dieser Erfindung auch nur mit ausgewählten Bereichen des Spannrahmens verbunden werden. Durch diese partielle Einspannung des flächigen Substrates auf den Spannrahmen ergibt sich eine deutliche Materialeinsparung gegenüber einer zum Beispiel beim klassischen Tiefziehprozess notwendigen vollflächigen Einspannung.In contrast to a deep-drawing process corresponding to the current state of the art, the flat substrate can also only be connected to selected areas of the clamping frame in the standard process of this invention. This partial clamping of the flat substrate on the clamping frame results in a significant saving in material compared to clamping over the entire surface, which is necessary in the classic deep-drawing process, for example.

Des Weiteren können bei selektiven Kaschierungen in Tiefziehprozessen die benötigten Trägerfolien eingespart werden.Furthermore, the required carrier foils can be saved in the case of selective lamination in deep-drawing processes.

Es ist überdies möglich, in der Werkstückkammer zusätzlich eine Stützstruktur einzusetzen, wie zum Beispiel eine trichterförmige Hohlform, um im Hauptprozess das flächige Substrat um etwaige Hinterschnitte des Werkstückes zu führen und so ein Anliegen der Folie an das Werkstück bei Hinterschnitten zu ermöglichen. Diese Hohlform kann entweder mit der Werkstückkammer integriert oder aber von dieser entkoppelt sein.It is also possible to use an additional support structure in the workpiece chamber, such as a funnel-shaped cavity, in order to guide the flat substrate around any undercuts of the workpiece in the main process and thus allow the film to lie against the workpiece in the case of undercuts. This hollow mold can either be integrated with the workpiece chamber or decoupled from it.

Es ist auch möglich eine Stempelmatrix zu verwenden, die eine werkstückparallele Fläche innerhalb der Werkstückkammer ausfüllt und somit eine dreidimensionale Veränderbarkeit der Oberfläche des Werkstückträgers gestattet, um geometrisch variable Stützstrukturen und variable Spannrahmen anbieten zu können. Die einzelnen Stempel sind individuell ansteuerbar und können vor und bei Bedarf auch während des Prozesses in ihrer Tiefe (z-Richtung) variiert werden, um eine möglichst spannungsfreie und geometrisch optimale Kaschierung der Folie zu bewirken.It is also possible to use a punch matrix that fills out a surface parallel to the workpiece inside the workpiece chamber and thus allows three-dimensional variability of the surface of the workpiece carrier in order to be able to offer geometrically variable support structures and variable clamping frames. The individual stamps can be controlled individually and their depth (z-direction) can be varied before and, if necessary, during the process in order to achieve the most stress-free and geometrically optimal lamination of the film possible.

Das Werkstück wird auf einem Werkstückträger befestigt. Ein solcher Werkstückträger ist im 3-D-Druck herstellbar, kann aber auch aus unterschiedlichen Materialien geschnitten, gefräst, gegossen, extrudiert oder geprägt werden, oder durch eine hydraulisch, pneumatisch oder elektromechanisch justierbare Stempelmatrix vorgehalten werden.The workpiece is attached to a workpiece carrier. Such a workpiece carrier can be produced using 3D printing, but it can also be cut, milled, cast, extruded or embossed from different materials, or it can be held in place by a hydraulically, pneumatically or electromechanically adjustable punch matrix.

Dann werden das System der zwei Druckkammern, welche über die Elastizität des elastischen Pressmittels miteinander pneumatisch kommunizieren können, bis auf einen Luftdruck unterhalb von 50 hPA evakuiert. Das flächige Substrat liegt dabei in der Pressmittelkammer an dem elastischen Pressmittel an, welches auf unterschiedliche Weisen erhitzt werden kann.Then the system of the two pressure chambers, which can communicate with each other pneumatically via the elasticity of the elastic pressing means, are evacuated to an air pressure below 50 hPA. The flat substrate lies in the pressing medium chamber against the elastic pressing medium, which can be heated in different ways.

Es kann bei Bedarf auch ein Klebstoff als Aerosol in den Spalt zwischen Werkstück und flächigem Substrat eingesprüht werden, entweder zusätzlich zu oder vor appliziertem Klebstoff oder als einziges Klebemittel. Auch kann es sich bei einem vorher applizierten Klebstoff um einen Klebstoff handeln, der erst durch einen Aktivator, UV-Licht, Temperatur oder Druck aktiviert wird. Auch kann das in den Spalt zwischen Folie und Werkstück einsprühte Aerosol der Aktivator für das Klebemittel sein. Ebenfalls ist es möglich, dass das elastische Pressmittel, der Spannrahmen oder andere Elemente der Druckkammer mit Strahlungsquelle so versehen sind, dass eine Photo-Aktivierung des Klebemittels möglich ist.If necessary, an adhesive can also be sprayed as an aerosol into the gap between the workpiece and the flat substrate, either in addition to or before the adhesive is applied or as the sole adhesive. A previously applied adhesive can also be an adhesive that is only activated by an activator, UV light, temperature or pressure. The aerosol sprayed into the gap between the foil and the workpiece can also act as an activator for the adhesive. It is also possible that the elastic pressing means, the clamping frame or other elements of the pressure chamber are provided with a radiation source in such a way that photo-activation of the adhesive is possible.

Nach erfolgter Luftdruckverminderung und Erwärmung des flächigen Substrats wird das elastische Pressmittel entweder elektro-mechanisch, pneumatisch oder hydraulisch vorgetrieben oder mittels in die Pressmittelkammer einströmenden Gases so aufgeblasen, dass das flächige Substrat an das Werkstück gedrückt wird und so ein adhäsiver Erstkontakt zwischen dem in das flächige Substrat integrierten Übertragungssegment und dem Werkstück unter nahezu vollständigem Vakuum in der Werkstückkammer entstehen kann.After the air pressure has been reduced and the flat substrate has been heated, the elastic pressing medium is advanced either electro-mechanically, pneumatically or hydraulically or is inflated by means of gas flowing into the pressing medium chamber in such a way that the flat substrate is pressed against the workpiece and thus an adhesive initial contact between the in the flat Substrate integrated transfer segment and the workpiece can arise under almost complete vacuum in the workpiece chamber.

Eine weitere Ausführungsart ist es, ein elastisches Pressmittel zur Auftragung des flächigen Substrates durch den Einsatz einer Trägerfolie als elastisches Pressmittel vollständig zu eliminieren, indem die Trägerfolie so auf einen Spannrahmen kaschiert wird, dass sie druckbeaufschlagbar ist und so gegen das Werkstück verpresst werden kann. Dabei ist die Trägerfolie so einzuspannen, dass sie mit dem gesamten Rahmen vollflächig verbunden ist. Dies ist sowohl in geschlossenen Kammern als auch in halboffenen Systemen möglich, die Trägerfolie übernimmt hierbei die Funktion des elastischen Pressmittels.Another embodiment is to completely eliminate an elastic pressing means for applying the flat substrate by using a carrier film as an elastic pressing means, in that the carrier film is laminated onto a clamping frame in such a way that it can be pressurized and thus pressed against the workpiece. The carrier film must be clamped in such a way that it is fully bonded to the entire frame. This is possible both in closed chambers and in semi-open systems, with the carrier foil taking on the function of the elastic pressing medium.

Dies alles erfolgt unter fortgesetzter Folienerwärmung mittels eines beheizbaren elastischen Pressmittels oder anderer Wärmequellen, wodurch die Plastizität des Übertragungssegments so erhöht wird, dass eine möglichst vollumfängliche Adhäsion der Übertragungssegments an das Werkstück sichergestellt wird. Hierbei können unterschiedlichen Shorehärten des elastischen Pressmittels, sowie variable und über die Prozessdauer steuerbare Druck- und Temperaturverhältnisse eingesetzt werden.All this takes place with continued heating of the foil by means of a heatable elastic pressing means or other heat sources, whereby the plasticity of the transfer segment is increased in such a way that the most comprehensive possible adhesion of the transfer segment to the workpiece is ensured. Here, different Shore hardness levels of the elastic pressing agent, as well as variable pressure and temperature conditions that can be controlled over the duration of the process, can be used.

In Einzelfällen kann es sinnvoll sein, dass zusätzlich zu einer Erwärmung des Übertragungssegments das Werkstück oder das Übertragungssegment zu einem gegebenen Zeitpunkt innerhalb des Gesamtprozesses zu kühlen.In individual cases, it can make sense for the workpiece or the transfer segment to be cooled at a given point in time within the overall process in addition to heating the transfer segment.

Es hat sich gezeigt, dass Ausdehnungsdifferenzen zwischen flächigem Substrat und Werkstück genutzt werden können, um die Haftung der kaschierten Folie langfristig zu verbessern. Wenn das Werkstück gegenüber Raumtemperatur vor Kaschierung der Folie gekühlt wird, zieht es sich entsprechend den Materialeigenschaften geringfügig zusammen. Wird eine Folie erwärmt, dehnt sie sich aus. Wird eine erwärmte Folie auf ein gekühltes Werkstück kaschiert, addieren sie diese Effekte, was nach der Kaschierung, am Ende des Prozesses, wenn sich die Temperatur beider Komponenten angleicht, dazu führt, dass die Folie enger an dem Werkstück anliegt, als dies bei anderen Temperaturgängen der Fall ist.It has been shown that differences in expansion between the flat substrate and the workpiece can be used to improve the adhesion of the laminated film over the long term. If the workpiece is cooled to room temperature before the film is laminated, it will contract slightly in accordance with the material properties. When a film is heated, it expands. If a heated film is laminated to a cooled workpiece, these effects add up, which after lamination, at the end of the process when the temperature of both components equalizes, leads to the film fitting more closely to the workpiece than with other temperature changes the case is.

Nachprozesspost-process

Anschließend werden in einem automatisierten oder halbautomatisierten Prozess beide Kammern wieder an den normalen Umgebungsluftdruck angekoppelt. In Einzelfällen werden die Kammern mit einem den Umgebungsdruck übertreffender Druck beaufschlagt. So presst der Druck in den Kammern das bereits angeklebte und mittels Erwärmung geschmeidige Übertragungssegment mit Umgebungsdruck oder einem höheren Druck an das Werkstück und sorgt für einen guten Kontakt beider Komponenten. Das Übertragungssegment kann in diesem Prozessschritt weiterhin mittels eines beheizbaren flexiblen Übertragungsmediums, wie zum Beispiel dem Einblasen heißer Luft oder mittels einer heißen Flüssigkeit, alternativ auch mittels Infrarotstrahlung erwärmt werden.Both chambers are then reconnected to the normal ambient air pressure in an automated or semi-automated process. In individual cases, the chambers are subjected to a pressure that exceeds the ambient pressure. The pressure in the chambers presses the already bonded transfer segment, which has been made supple by heating, to the workpiece with ambient pressure or a higher pressure and ensures good contact between the two components. In this process step, the transfer segment can also be heated by means of a heatable, flexible transfer medium, such as blowing in hot air or by means of a hot liquid, alternatively also by means of infrared radiation.

Das Werkstück wird anschließend entnommen und etwaiges überschüssiges flächiges Substrat entfernt. In einem anschließenden Prozessschritt kann das nunmehr beklebte Werkstück je nach Bedarf nochmals besäumt werden.The workpiece is then removed and any excess flat substrate is removed. In a subsequent process step, the now glued workpiece can be trimmed again as required.

Claims

Process for the bubble-free and distortion-free, contour-true lamination of a flat, gas-tight substrate with a layer thickness of <= 250 microns on the surface of a gas-tight 3D workpiece in a closed or semi-open system, in which in one process run: a. in a preliminary process, the segment of the flat substrate to be transferred is prepared with regard to shape (segmentation) and gas-tight adhesive properties of the surface, b. then, in a main process, the segment is laminated onto the workpiece in a constant or variable vacuum and with prior and/or simultaneous heating of the segment using an elastic pressing means, c. and then heated again in a post-process under the simultaneous application of pressure.

procedure after claim 1 with at least one of the following steps and/or features in the preliminary process in which a transmission segment is produced: a. A transmission segment is produced on a flat carrier substrate by applying paint and/or printing suitable substances and/or using the PVD (physical vapor deposition) method. b. A transfer segment is produced on a flat carrier substrate by applying paint and/or printing suitable substances and/or using the PVD method and then transferred to a second flat carrier substrate. c. A transfer segment is prepared for later weeding by cutting, punching, lasering or milling the flat substrate. i.e. The transmission segment can also be cast or extruded and/or woven or embroidered and then provided with an embossing.

procedure, after claim 1 with at least one of the following steps and/or features in the pre-process: a. Use of a transfer segment that is already coated with a gas-tight adhesive (glue). b. Coating of the transfer segment with an adhesive by spraying, vaporizing or printing. c. Coating of the transfer segment with an adhesive by spraying, steaming or printing which is only activated by pressure or temperature or radiation. i.e. The coatings of b. and c. can also be applied to the workpiece instead of on the transfer segment. e. Use of a workpiece and flat substrate which, due to their chemical surface properties, bond together gas-tight and stable over time even without adhesive material under the influence of pressure, temperature or light. f. In contrast to deep-drawing processes, for example, the flat substrate does not have to cover the entire chamber surface. It is sufficient here if the flat substrate reaches the size of the transmission segment.

procedure after claim 1 with at least one of the following steps and/or features: a. The main process takes place in two closed chambers: a workpiece and a pressing agent chamber. b. The main process takes place in two closed vacuum chambers, with the vacuum chamber containing elastic pressing means and a heating element, and the vacuum chamber containing the workpiece, the flat substrate, an adhesive layer and the transfer segment, as well as the workpiece, a workpiece carrier and a support structure, and an additional heating and / or cooling element, and may contain a light source. c. Use of an elastic pressing agent that can be heated within a few seconds to heat the transmission segment to at least 50°C, if necessary to beyond the entropy-elastic range (Tg) so that it loses its memory effect. i.e. Reduction of the pressure in both chambers at the beginning of the main process to below 50 hPa. The pressure can also vary below this value. The chamber pressure on the side of the elastic pressing means is not higher than the pressure on the workpiece side. e. Towards the end of the main process, the pressure on the press medium side is increased to ambient pressure or to a higher pressure for a short time.

procedure after claim 1 having at least one of the following steps and/or dependent claims in the main process: a. Use of a workpiece carrier that supports the component against deformation due to the pressures that occur. b. Use of a workpiece carrier with vacuum openings that cause the flat substrate to be pressed against the component. c. Use of a workpiece carrier that can be cooled during the main process. i.e. Use of support structures that guide the pressing means and better laminate the transfer segment to the workpiece. These support structures can be fixed or variable geometric shapes. e. Use of a removable, fixed or in the dimensions x, y, z, changeable, movable oval, possibly movable instep frame for positioning the flat substrate to be applied in the pressure chamber. f. Use of the opening edges of the chamber as a clamping frame for the flat substrate. G. Fastening of the flat substrate directly on the elastic pressing means. H. The angle between the workpiece and the transfer segment can be between 0 and 90°. i. Activation of the adhesive in the main process by spraying in a chemical activator. j. Activation of the adhesive in the main process using pressure and/or temperature and/or light.

procedure after claim 1 with at least one of the following steps and/or features in the post-process: a. Use of the ambient pressure or a higher pressure to be set in order to press the transfer segment even closer to the workpiece while it is still heated, so that the temperature of the transfer segment reaches the maximum entropy-elastic range of the transfer segment. b. Use of an additional pressing agent while the ambient pressure or an increased pressure acts on the heated transmission segment.