DE102022117899A1 - Method for producing a tool with a structured tool surface or tool manufactured according to the method: Method for producing a component with a structured component surface using the corresponding tool or correspondingly manufactured component - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs (100) mit einer strukturierten Werkzeugoberfläche (100*).Um auf einfache, kostengünstige und/oder zeitsparende Weise ein Werkzeug mit einer derartig strukturierten Werkzeugoberfläche (100*) bereitzustellen, insbesondere welches mit einer hohen Lebensdauer betrieben werden kann und/oder mit Hilfe dessen dann ein Bauteil mit antibakterieller und/oder antiviralen Eigenschaften hergestellt werden kann, werden in einem Verfahrensschritt a) Partikeln (11) auf einen Muttermodell-Grundkörper (10) unter Ausbildung einer durch die Partikel (11) strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche (10*) aufgebracht. In einem Verfahrensschritt b) wird dann eine elektrisch leitfähige Beschichtung (101) auf die strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche (10*) unter Ausbildung einer beschichteten, strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche (10*, 101) aufgebracht. In einem Verfahrensschritt c) wird dann die beschichtete, strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche (10*) durch einen galvanoabformenden Prozess unter Ausbildung eines Werkzeugs (100) mit einer Werkzeugoberfläche (100*) mit einer Kavitätsoberflächenstruktur in Form eines negativen Abbildes der beschichteten, strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche (10*) abgeformt. In einem Verfahrensschritt d) wird dann der Muttermodell-Grundkörper (10) mit den darauf aufgebrachten Partikeln (11) entfernt.The invention relates to a method for producing a tool (100) with a structured tool surface (100*).In order to provide a tool with such a structured tool surface (100*), in particular one with a long service life, in a simple, cost-effective and/or time-saving manner can be operated and / or with the help of which a component with antibacterial and / or antiviral properties can then be produced, in a method step a) particles (11) are applied to a mother model base body (10) to form a through the particles (11) structured mother model base body surface (10*). In a method step b), an electrically conductive coating (101) is then applied to the structured mother model base body surface (10*) to form a coated, structured mother model base body surface (10*, 101). In a method step c), the coated, structured mother model base body surface (10*) is then processed through an electroforming process to form a tool (100) with a tool surface (100*) with a cavity surface structure in the form of a negative image of the coated, structured one Mother model base body surface (10*) molded. In a method step d), the mother model base body (10) with the particles (11) applied thereto is then removed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs, insbesondere eines Spritzguss-Werkzeugs, mit einer strukturierten Werkzeugoberfläche. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein durch das Verfahren hergestelltes Werkzeug mit einer strukturierten Werkzeugoberfläche, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer strukturierten Bauteiloberfläche mittels des Werkzeugs sowie ein dadurch hergestelltes Bauteil mit einer strukturierten Bauteiloberfläche.The invention relates to a method for producing a tool, in particular an injection molding tool, with a structured tool surface. In addition, the invention relates to a tool produced by the method with a structured tool surface, as well as a method for producing a component with a structured component surface using the tool, and a component produced thereby with a structured component surface.
In der
In der
In der
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Schließlich wird in der
Die im Stand der Technik bekannten Herstellungsverfahren und/oder Werkzeuge sowie dadurch wiederum hergestellte Bauteile sind noch nicht optimal ausgebildet. Insbesondere sind im Stand der Technik bekannte Herstellungsverfahren für Werkzeuge mit strukturierten Werkzeugoberflächen und dadurch wiederum hergestellte Bauteile noch nicht optimal ausgebildet. Beispielsweise können lithographische Prozesse und/oder Ätzprozesse sehr kosten- und/oder zeitaufwändig sein und/oder zahlreiche Prozessschritte erfordern. Auf dem Werkzeug aufgebrachte Beschichtungen können zum Beispiel beim Betrieb des Werkzeugs abplatzen und dadurch die Lebensdauer des Werkzeugs beschränken. Die bekannten Verfahren und/oder Werkzeuge sind daher noch nicht optimal ausgebildet bzw. deren Herstellung ist aufwendig und kostenintensiv. Letzteres gilt insbesondere dann, wenn im Endergebnis antibakteriell wirkende und/oder antiviral wirkende strukturierte Bauteiloberflächen hergestellt werden sollen.The manufacturing processes and/or tools known in the prior art, as well as the components produced thereby, are not yet optimally designed. In particular, manufacturing methods known in the prior art for tools with structured tool surfaces and the components produced thereby are not yet optimally designed. For example, lithographic processes and/or etching processes can be very costly and/or time-consuming and/or require numerous process steps. For example, coatings applied to the tool can chip off during operation of the tool, thereby limiting the life of the tool. The known methods and/or tools are therefore not yet optimally designed and their production is complex and cost-intensive. The latter applies in particular if the end result is to produce antibacterial and/or antiviral structured component surfaces.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung eines Werkzeuges, das eingangs genannte Werkzeug, das eingangs genannte Verfahren zur Herstellung des entsprechenden Bauteils und das eingangs genannte Bauteil, derart auszugestalten und weiterzubilden, dass eine einfache, kostengünstige und/oder zeitsparende Herstellung eines Werkzeugs und/oder Bauteils mit einer strukturierten Oberfläche ermöglicht wird, insbesondere auch wobei das Werkzeug zudem eine hohe Lebensdauer aufweisen kann und/oder das hergestellte Bauteil antibakterielle und/oder antivirale Eigenschaften aufweist.The invention is therefore based on the object of designing and developing the initially mentioned method for producing a tool, the initially mentioned tool, the initially mentioned method for producing the corresponding component and the initially mentioned component in such a way that a simple, cost-effective and/or or time-saving production of a tool and/or component with a structured surface is made possible, in particular where the tool can also have a long service life and/or the component produced has antibacterial and/or antiviral properties.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird zunächst für das Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, für das Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18, für das Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit den Merkmalen des Patentanspruchs 19 und für das Bauteil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 22 gelöst.The object underlying the invention is initially for the method for producing a tool with the features of patent claim 1, for the tool with the features of patent claim 18, for the method for producing a component with the features of patent claim 19 and for the component the features of patent claim 22 solved.
Dabei ist das Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs mit einer strukturierten Werkzeugoberfläche insbesondere zur Herstellung eines Werkzeugs ausgelegt, dessen Werkzeugoberfläche eine Kavitätsoberflächenstruktur mit einer Vielzahl von Kavitäten aufweist. Insbesondere kann das Verfahren dabei zur Herstellung eines Spritzguss-Werkzeugs ausgelegt sein.The method for producing a tool with a structured tool surface is designed in particular for producing a tool whose tool surface has a cavity surface structure with a plurality of cavities. In particular, the method can be designed to produce an injection molding tool.
Das Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs - auch im Folgenden teilweise als „Werkzeugherstellungsverfahren“ bezeichnet -umfasst insbesondere die Verfahrensschritte bzw. weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- a) Aufbringen von Partikeln auf einen Muttermodell-Grundkörper unter Ausbildung einer durch die Partikel strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche,
- b) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Beschichtung auf die strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche unter Ausbildung einer beschichteten, strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche,
- c) Abformen der beschichteten, strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche durch einen galvanoabformenden Prozess unter Ausbildung eines Werkzeugs mit einer Werkzeugoberfläche mit einer Kavitätsoberflächenstruktur in Form eines negativen Abbildes der beschichteten, strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche, und
- c) Entfernen des Muttermodell-Grundkörpers mit den darauf aufgebrachten Partikeln.
- a) applying particles to a mother model base body to form a mother model base body surface structured by the particles,
- b) applying an electrically conductive coating to the structured mother model base body surface to form a coated, structured mother model base body surface,
- c) molding the coated, structured mother model base body surface by an electroforming process to form a tool with a tool surface with a cavity surface structure in the form of a negative image of the coated, structured mother model base body surface, and
- c) Removing the mother model base body with the particles applied to it.
Unter einem „galvanoabformenden“ Prozess kann insbesondere ein abformender Prozess verstanden werden, welcher mittels Galvanotechnik beziehungsweise Galvanik durchgeführt wird und/oder bei dem das Abformen mittels elektrochemischer Abscheidung, insbesondere elektrochemischer Metallabscheidung, erfolgt.An “electroforming” process can be understood in particular as a forming process which is carried out using electroplating technology or electroplating and/or in which the forming is carried out using electrochemical Deposition, in particular electrochemical metal deposition, takes place.
Dadurch, dass in Verfahrensschritt a) die Partikel auf den Muttermodell-Grundkörper unter Ausbildung einer durch die Partikel strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche aufgebracht werden, kann insbesondere ein positives Abbild der gewünschten Kavitätsoberflächenstruktur der Werkzeugoberfläche des herzustellenden Werkzeugs zunächst auf dem Muttermodell-Grundkörper erzeugt werden. Vorteilhafterweise kann dabei das Aufbringen von Partikeln auf den Muttermodell-Grundkörper auf einfache, kostengünstige und zeitsparende Weise erfolgen.Because in method step a) the particles are applied to the mother model base body to form a mother model base body surface structured by the particles, in particular a positive image of the desired cavity surface structure of the tool surface of the tool to be produced can first be generated on the mother model base body . Advantageously, the application of particles to the mother model base body can be carried out in a simple, cost-effective and time-saving manner.
Dadurch, dass in Verfahrensschritt b) die elektrisch leitfähige Beschichtung auf die strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche aufgebracht wird, kann die für den galvanoabformenden Prozess in Verfahrensschritt c) erforderliche elektrische Leitfähigkeit gewährleistet werden.Because the electrically conductive coating is applied to the structured mother model base body surface in method step b), the electrical conductivity required for the electroforming process in method step c) can be ensured.
Dadurch, dass in Verfahrensschritt c) durch den galvanoabformenden Prozess die beschichtete, strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche abgeformt wird, kann insbesondere ein negatives Abbild der beschichteten, strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche und damit die gewünschten Kavitätsoberflächenstruktur der Werkzeugoberfläche des herzustellenden Werkzeugs erzeugt werden. Vorteilhafterweise kann auch das Abformen der durch die Partikel strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche auf einfache, kostengünstige und zeitsparende Weise erfolgen.Because the coated, structured mother model base body surface is molded in method step c) by the electroforming process, in particular a negative image of the coated, structured mother model base body surface and thus the desired cavity surface structure of the tool surface of the tool to be produced can be generated. Advantageously, the molding of the mother model base body surface structured by the particles can also be carried out in a simple, cost-effective and time-saving manner.
Dadurch, dass in Verfahrensschritt d) die Partikel zusammen mit dem Muttermodell-Grundkörper nach dem Abformen der strukturierten Werkzeugoberfläche des Werkzeugs entfernt werden, ist die fertig hergestellte und damit einsatzbereite, strukturierte Werkzeugoberfläche des Werkzeugs insbesondere partikelfrei, so dass beim Einsatz des Werkzeugs keine Partikel abplatzen und dadurch auch die Lebensdauer des Werkzeugs nicht beeinträchtigen können. Zudem wird die Oberflächenstruktur der strukturierten Werkzeugoberfläche des Werkzeugs durch das beim galvanoabformenden Prozess abgeschiedene Material ausgebildet und weist daher eine vergleichsweise hohe Stabilität auf, was sich ebenfalls vorteilhaft auf die Lebensdauer des Werkzeugs auswirken kann.Because in method step d) the particles are removed together with the mother model base body after the structured tool surface of the tool has been molded, the finished, and therefore ready-to-use, structured tool surface of the tool is in particular particle-free, so that no particles flake off when the tool is used and therefore cannot affect the service life of the tool. In addition, the surface structure of the structured tool surface of the tool is formed by the material deposited during the electroforming process and therefore has a comparatively high stability, which can also have an advantageous effect on the service life of the tool.
Insgesamt kann so vorteilhafterweise ein Werkzeug mit einer strukturierten Werkzeugoberfläche - und mittels dieses Werkzeugs wiederum ein Bauteil mit einer strukturierten Bauteiloberfläche - auf einfache, kostengünstige und/oder zeitsparende Weise hergestellt und insbesondere auch ein Werkzeug mit einer hohen Lebensdauer bereitgestellt werden, insbesondere aber ein Bauteil hergestellt werden, das antibakterielle und/oder antivirale Eigenschaften aufweist, was im Folgenden noch näher erläutert werden darf.Overall, a tool with a structured tool surface - and by means of this tool in turn a component with a structured component surface - can advantageously be produced in a simple, cost-effective and / or time-saving manner and in particular a tool with a long service life can be provided, but in particular a component can be produced which has antibacterial and/or antiviral properties, which will be explained in more detail below.
In einer Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) Partikel eingesetzt werden, welche jeweils mindestens eine von einem Partikelkern wegweisende Partikelspitze aufweisen. Durch Partikel mit einem Partikelkern und mindestens einer von dem Partikelkern wegweisenden Partikelspitze kann vorteilhafterweise eine hierarchisch strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche und damit auch eine hierarchisch strukturierte Werkzeugoberfläche sowie auch eine hierarchisch strukturierte Bauteiloberfläche erzeugt werden. Hierarchisch strukturierte Oberflächen können vorteilhafterweise an biologische Materialien angelehnte Oberflächeneigenschaften aufweisen. Zum Beispiel können hierarchisch strukturierte Oberflächen insbesondere antimikrobiell, beispielsweise antibakteriell und/oder antimykotisch und/oder antiviral und/oder antiparasitisch, sein.In one embodiment of the tool manufacturing method, in method step a), particles are used which each have at least one particle tip pointing away from a particle core. By means of particles with a particle core and at least one particle tip pointing away from the particle core, a hierarchically structured mother model base body surface and thus also a hierarchically structured tool surface as well as a hierarchically structured component surface can advantageously be generated. Hierarchically structured surfaces can advantageously have surface properties similar to biological materials. For example, hierarchically structured surfaces can in particular be antimicrobial, for example antibacterial and/or antifungal and/or antiviral and/or antiparasitic.
Zudem können Partikel, welche mindestens eine von einem Partikelkern wegweisende Partikelspitze aufweisen, vorteilhafterweise die Eigenschaft aufweisen, sich selbst aufzurichten und/oder auszurichten, was zum Aufbau von hierarchischen Strukturen vorteilhaft ist. Eine Selbst-Aufrichtung und/oder -Ausrichtung kann vorteilhafterweise bereits bei Partikeln mit einer vergleichsweise einfachen Struktur, beispielsweise durch kegelförmige und/oder tetraederförmige und/oder pyramidenförmige Partikel erzielt werden.In addition, particles that have at least one particle tip pointing away from a particle core can advantageously have the property of being able to straighten and/or align themselves, which is advantageous for building hierarchical structures. Self-righting and/or alignment can advantageously be achieved even with particles with a comparatively simple structure, for example through conical and/or tetrahedral and/or pyramid-shaped particles.
In einer weiteren Ausgestaltung des „Werkzeugherstellungsverfahrens“ bzw. des Verfahrens zur Herstellung des Werkzeuges werden in Verfahrensschritt a) Partikel eingesetzt, welche jeweils mindestens vier von einem Partikelkern in unterschiedliche Richtungen wegweisende Partikelspitzen aufweisen. Durch Partikel, welche mindestens vier vom Partikelkern in unterschiedliche Richtungen wegweisende Partikelspitzen aufweisen, kann vorteilhafterweise eine verbesserte Selbst-Aufrichtung - und/oder -Ausrichtung erzielt und ein Aufbau von hierarchischen Strukturen weiter verbessert werden. Zum Beispiel können hierfür tetradopenförmige Partikel und/oder multipodenförmige Partikel und/oder tetraederförmige Partikel und/oder pyramidenförmige Partikel eingesetzt werden.In a further embodiment of the “tool manufacturing process” or the process for producing the tool, in process step a) particles are used which each have at least four particle tips pointing away from a particle core in different directions. Particles that have at least four particle tips pointing away from the particle core in different directions can advantageously achieve improved self-righting and/or alignment and further improve the structure of hierarchical structures. For example, tetradope-shaped particles and/or multipod-shaped particles and/or tetrahedral particles and/or pyramid-shaped particles can be used for this.
Unter einem tetrapodenförmigen Partikel kann insbesondere ein Partikel verstanden werden, welcher anhand eines imaginären Tetraeders konstruierbar ist, in dem der Partikelkern im Wesentlichen im Mittelpunkt des imaginären Tetraeders liegt, wobei sich wegweisend von dem Partikelkern vier längliche, insbesondere kegelartige, Partikelspitzen jeweils in unterschiedliche Richtungen im Wesentlichen auf jeweils eine der vier Ecken des imaginären Tetraeders erstrecken.A tetrapod-shaped particle can be understood in particular as a particle which can be constructed using an imaginary tetrahedron, in which the particle nucleus lies essentially in the center of the imaginary tetrahedron, pointing away from the particle nucleus four elongated, in particular cone-like, particle tips each extend in different directions essentially to one of the four corners of the imaginary tetrahedron.
Unter einem multipodenförmigen Partikel kann insbesondere ein Partikel verstanden werden, welcher anhand eines imaginären Polyeders mit mehr als vier Ecken konstruierbar ist, in dem der Partikelkern im Wesentlichen im Mittelpunkt des imaginären Polyeders liegt, wobei sich wegweisend von dem Partikelkern längliche, insbesondere kegelartige, Partikelspitzen jeweils in unterschiedliche Richtungen im Wesentlichen auf jeweils eine der Ecken des imaginären Polyeders erstrecken.A multipod-shaped particle can be understood in particular as a particle which can be constructed using an imaginary polyhedron with more than four corners, in which the particle core lies essentially in the center of the imaginary polyhedron, with elongated, in particular cone-like, particle tips pointing away from the particle core extend in different directions essentially to one of the corners of the imaginary polyhedron.
In einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) Partikel eingesetzt, deren Partikelspitzen länglich, insbesondere kegelartig, ausgebildet sind. Durch längliche, insbesondere kegelartige, Partikelspitzen kann bzw. können vorteilhafterweise die hierarchische Oberflächenstruktur und damit vorteilhafterweise auch die an biologische Materialien angelehnte Oberflächeneigenschaften, insbesondere antimikrobielle, beispielsweise antibakterielle und/oder antimykotische und/oder antivirale und/oder antiparasitische, Oberflächeneigenschaften, weiter verbessert werden.In a further embodiment of the tool manufacturing process, in process step a) particles are used whose particle tips are elongated, in particular conical. The hierarchical surface structure and thus advantageously also the surface properties based on biological materials, in particular antimicrobial, for example antibacterial and/or antifungal and/or antiviral and/or antiparasitic, surface properties can be further improved by elongated, in particular cone-like, particle tips.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) tetrapodenförmige Partikel eingesetzt. Tetrapodenförmige Partikel können sich beim Auftragen auf eine Oberfläche vorteilhafterweise derart selbst aufrichten und selbst ausrichten, dass sich jeweils eine der länglichen, insbesondere kegelartigen, Partikelspitzen eines tetrapodenförmigen Partikels im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche wegweisend ausrichtet. Durch eine derartige Selbst-Aufrichtung und Selbst-Ausrichtung von mehreren tetrapodenförmigen Partikeln kann zudem erzielt werden, dass sich die im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche weg weisenden Partikelspitzen von mehreren tetrapodenförmigen Partikeln im Wesentlichen parallel zueinander ausrichten. Zudem haben tetrapodenförmige Partikel den Vorteil, dass die drei anderen auf der Oberfläche aufliegenden länglichen, insbesondere kegelartigen, Partikelspitzen aufgrund ihrer länglichen Ausgestaltung sich auch unter den Partikelkern und/oder unter Partikelspitzen von benachbarten tetrapodenförmigen Partikel erstrecken können, wodurch geringe Abstände zwischen den im Wesentlichen senkrecht von der Oberfläche wegweisenden länglichen, insbesondere kegelartigen, Partikelspitzen von benachbarten tetrapodenförmigen Partikeln möglich sind. So kann durch tetrapodenförmige Partikel vorteilhafterweise eine zikadenflügelartige Oberflächenstrukturierung in Form eines Musters aus säulenartig angeordneten länglichen, insbesondere kegelartigen, Partikelspitzen ausgebildet werden, welche besonders vorteilhafte - beispielsweise mit den Eigenschaften der Oberflächenstrukturierung von natürlichen Zikadenflügeln vergleichbare - antimikrobielle, beispielsweise antibakterielle und/oder antimykotische und/oder antivirale und/oder antiparasitische, Oberflächeneigenschaften aufweisen kann.In a preferred embodiment of the tool manufacturing process, tetrapod-shaped particles are used in process step a). When applied to a surface, tetrapod-shaped particles can advantageously straighten and align themselves in such a way that one of the elongated, in particular cone-like, particle tips of a tetrapod-shaped particle orients itself essentially perpendicularly away from the surface. Through such self-erecting and self-alignment of a plurality of tetrapod-shaped particles, it can also be achieved that the particle tips of a plurality of tetrapod-shaped particles, which point essentially perpendicularly away from the surface, align essentially parallel to one another. In addition, tetrapod-shaped particles have the advantage that the three other elongated, in particular cone-like, particle tips resting on the surface can also extend under the particle core and / or under particle tips of adjacent tetrapod-shaped particles due to their elongated design, resulting in small distances between the essentially vertical Elongated, in particular cone-like, particle tips of neighboring tetrapod-shaped particles pointing away from the surface are possible. Thus, tetrapod-shaped particles can advantageously be used to form a cicada wing-like surface structuring in the form of a pattern of columnarly arranged elongated, in particular cone-like, particle tips, which have particularly advantageous antimicrobial, for example antibacterial and/or antifungal and/or or may have antiviral and/or antiparasitic surface properties.
Insbesondere können in Verfahrensschritt a) tetrapodenförmige Partikel eingesetzt werden, welche Zinkoxid umfassen bzw. aufweisen. Zinkoxid kann in Form von tetrapodenförmigen Partikeln kristallisieren. Zudem ist Zinkoxid gut erhältlich, gut handhabbar, umweltverträglich und auch vergleichsweise kostengünstig.In particular, in process step a), tetrapod-shaped particles can be used which comprise or have zinc oxide. Zinc oxide can crystallize in the form of tetrapod-shaped particles. In addition, zinc oxide is readily available, easy to handle, environmentally friendly and also comparatively inexpensive.
In einer speziellen Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden daher in Verfahrensschritt a) Zinkoxid-Tetrapoden als Partikel eingesetzt.In a special embodiment of the tool manufacturing process, zinc oxide tetrapods are therefore used as particles in process step a).
Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich andersartige Materialien umfassende tetrapodenförmige Partikeln und/oder andere in Form von tetrapodenförmigen Partikeln kristallisierende Materialien in Verfahrensschritt a) als Partikel einzusetzen.In principle, however, it is also possible to use other materials comprising tetrapod-shaped particles and/or other materials that crystallize in the form of tetrapod-shaped particles as particles in process step a).
Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) Partikel, insbesondere tetrapodenförmige Partikel, eingesetzt, welche im Durchschnitt einen Partikelradius (siehe r11 in
Im Rahmen einer weiteren, zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) Partikel, insbesondere tetrapodenförmige Partikel, eingesetzt werden, deren Partikelspitzen im Durchschnitt eine effektive Partikelspitzenlänge (siehe leff in
Im Rahmen einer weiteren, zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) Partikel, insbesondere tetrapodenförmige Partikel, eingesetzt werden, deren Partikelspitzen im Durchschnitt einen effektiven Partikelspitzendurchmesser (siehe deff in
In einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) die Partikel mittels einer Dispersion und/oder Suspension in einer Flüssigkeit auf den Muttermodell-Grundkörper aufgebracht. So kann Verfahrensschritt a) auf besonders einfache und kostengünstige Weise durchgeführt werden.In a further embodiment of the tool manufacturing process, in process step a), the particles are applied to the mother model base body by means of a dispersion and/or suspension in a liquid. Process step a) can thus be carried out in a particularly simple and cost-effective manner.
In einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens wird in Verfahrensschritt a) zusätzlich mindestens ein Binde- und/oder Füllmittel auf den Muttermodell-Grundkörper aufgebracht. Durch das mindestens eine Binde- und/oder Füllmittel können zum Einen die Partikel an die Oberfläche des Muttermodell-Grundkörpers angebunden und/oder miteinander verbunden beziehungsweise verklebt werden und zum Anderen auch Zwischen- und Hohlräume zwischen auf der Oberfläche des Muttermodell-Grundkörpers aufliegenden Partikeln und/oder Partikelteilabschnitten gefüllt werden. So kann eine gute Anbindung der Partikel an den Muttermodell-Grundkörper erzielt und/oder Hinterschnitte durch Zwischen- und Hohlräume zwischen auf der Oberfläche des Muttermodell-Grundkörpers aufliegenden Partikeln vermieden werden.In a further embodiment of the tool manufacturing process, at least one binding and/or filling agent is additionally applied to the mother model base body in process step a). By means of the at least one binding and/or filling agent, on the one hand, the particles can be bound to the surface of the mother model base body and/or connected or glued to one another and, on the other hand, gaps and cavities can be created between particles and particles lying on the surface of the mother model base body / or particle sections are filled. In this way, a good connection of the particles to the mother model base body can be achieved and/or undercuts caused by gaps and cavities between particles resting on the surface of the mother model base body can be avoided.
In einer speziellen Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens umfasst Verfahrensschritt a) die folgenden Verfahrensschritte: In einem Verfahrensschritt a1) werden zunächst die Partikel mittels einer Dispersion und/oder Suspension in einer Flüssigkeit auf den Muttermodell-Grundkörper aufgebracht. Dabei können sich die Partikel aufgrund von Massenanziehungskräften auf der Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche abscheiden und eine durch die Partikel strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche ausbilden. In einem Verfahrensschritt a2) wird dann die Flüssigkeit entfernt. Dabei kann die durch die Partikel strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche insbesondere getrocknet werden. In einem Verfahrensschritt a3) wird dann auf die Partikel und/oder die Oberfläche des Muttermodell-Grundkörpers mindestens ein Binde- und/oder Füllmittel aufgebracht. Das Aufbringen des mindestens einen Binde- und/oder Füllmittels kann beispielsweise mittels Elektrophorese und/oder elektrolytisch und/oder als Lackschicht erfolgen.In a special embodiment of the tool manufacturing process, process step a) comprises the following process steps: In a process step a1), the particles are first applied to the mother model base body by means of a dispersion and/or suspension in a liquid. The particles can deposit on the parent model base body surface due to mass attraction forces and form a parent model base body surface structured by the particles. The liquid is then removed in a process step a2). The mother model base body surface structured by the particles can in particular be dried. In a method step a3), at least one binder and/or filler is then applied to the particles and/or the surface of the parent model base body. The at least one binder and/or filler can be applied, for example, by means of electrophoresis and/or electrolytically and/or as a lacquer layer.
In einer anderen speziellen Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens umfasst Verfahrensschritt a) die folgenden Verfahrensschritte: In einem Verfahrensschritt a1) werden zunächst die Partikel mittels einer Dispersion und/oder Suspension in einer Flüssigkeit auf den Muttermodell-Grundkörper aufgebracht, welche zusätzlich mindestens ein Binde- und/oder Füllmittel umfasst. In einem Verfahrensschritt a2) wird dann die Flüssigkeit entfernt. Dabei kann die durch die Partikel strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche insbesondere getrocknet werden. Auf diese Weise kann vorteilhafterweise die Zahl der Verfahrensschritte reduziert werden.In another special embodiment of the tool manufacturing process, process step a) comprises the following process steps: In a process step a1), the particles are first applied to the mother model base body by means of a dispersion and/or suspension in a liquid, which additionally has at least one binding and/or Includes filler. The liquid is then removed in a process step a2). The mother model base body surface structured by the particles can in particular be dried. In this way, the number of process steps can advantageously be reduced.
In beiden vorstehenden, speziellen Ausgestaltungen des Werkzeugherstellungsverfahrens umfasst oder ist die Flüssigkeit, insbesondere in Verfahrensschritt a), Wasser und/oder Aceton und/oder wird die Flüssigkeit, insbesondere in Verfahrensschritt a), insbesondere in Verfahrensschritt a2), durch Verdunstung und/oder im Vakuum entfernt. Wasser und/oder Aceton können vorteilhafterweise gut entfernbar, gut erhältlich, gut handhabbar, umweltverträglich und kostengünstig sein.In both of the above, special embodiments of the tool manufacturing process, the liquid, in particular in process step a), comprises or is water and/or acetone and/or the liquid, in particular in process step a), in particular in process step a2), is formed by evaporation and/or im Vacuum removed. Water and/or acetone can advantageously be easily removable, easily available, easy to handle, environmentally friendly and inexpensive.
Grundsätzlich kann das mindestens eine Binde- und/oder Füllmittel mindestens ein Polymer umfassen oder sein. Zum Beispiel kann das mindestens eine Binde- und/oder Füllmittel ein Epoxidharz, ein Polyurethanharz, ein Acrylharz, ein Cyanacrylat, Cellulose, Nitrocellulose und/oder ein Wachs umfassen oder sein. Insbesondere kann das mindestens eine Binde- und/oder Füllmittel ein Filmbildner sein.In principle, the at least one binder and/or filler can comprise or be at least one polymer. For example, the at least one binder and/or filler may include or be an epoxy resin, a polyurethane resin, an acrylic resin, a cyanoacrylate, cellulose, nitrocellulose and/or a wax. In particular, the at least one binder and/or filler can be a film former.
In einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens werden in Verfahrensschritt a) die Menge der Partikel und die Menge des mindestens einen Binde- und/oder Füllmittels derart gewählt, dass durch das mindestens eine Binde- und/oder Füllmittel Hohlräume zwischen den Partikeln und dem Muttermodell-Grundkörper ausfüllt werden. So können vorteilhafterweise Hinterschnitte durch Zwischen- und Hohlräume zwischen auf der Oberfläche des Muttermodell-Grundkörpers aufliegenden Partikeln vermieden werden.In a further embodiment of the tool manufacturing method, in method step a), the amount of particles and the amount of the at least one binding and/or filling agent are selected such that the at least one binding and/or filling agent creates cavities between the particles and the parent model base body be filled out. In this way, undercuts caused by gaps and cavities between particles resting on the surface of the parent model base body can advantageously be avoided.
In einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens wird in Verfahrensschritt b) die elektrisch leitfähige Beschichtung mittels einer elektrisch leitfähigen Materialdispersion, beispielsweise mittels einer Metalldispersion, zum Beispiel mittels einer Palladium- und/oder Platin-Dispersion, beispielsweise mit einem durchschnittlichen Metallpartikeldurchmesser in einem Bereich von ≥ 1 nm bis ≤ 25 nm, und/oder mittels physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) und/oder mittels chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) mit mindestens einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere mit mindestens einem Metall, zum Beispiel mit Palladium und/oder Platin, auf die strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche aufgebracht. Das Aufbringen der elektrisch leitfähigen Beschichtung auf die strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche kann beispielsweise (außen-)spannungslos erfolgen.In a further embodiment of the tool manufacturing process, in process step b), the electrically conductive coating is produced using an electrically conductive material dispersion, for example wise by means of a metal dispersion, for example by means of a palladium and/or platinum dispersion, for example with an average metal particle diameter in a range of ≥1 nm to ≤25 nm, and/or by means of physical vapor deposition (PVD) and/or by means of chemical vapor deposition (CVD) with at least one electrically conductive material, in particular with at least one metal, for example palladium and / or platinum, applied to the structured mother model base body surface. The electrically conductive coating can be applied to the structured mother model base body surface, for example, without (external) voltage.
In einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens wird in Verfahrensschritt c) mindestens ein Metall, insbesondere Edelmetall, beispielsweise Nickel und/oder Kupfer, zum Beispiel Nickel, galvanisch abgeschieden. Dabei kann an die elektrisch leitfähige Beschichtung auf der strukturierten Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche und/oder an die elektrisch leitfähige, strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberfläche eine Spannung angelegt werden.In a further embodiment of the tool manufacturing process, at least one metal, in particular noble metal, for example nickel and/or copper, for example nickel, is deposited galvanically in method step c). A voltage can be applied to the electrically conductive coating on the structured mother model base body surface and/or to the electrically conductive, structured mother model base body surface.
Der Muttermodell-Grundkörper ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet.The mother model base body is preferably made of an electrically insulating material.
In einer weiteren Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens ist das Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs, insbesondere eines Spritzguss-Werkzeugs, mit einer strukturierten Werkzeugoberfläche mit einer Kavitätsoberflächenstruktur mit einer Vielzahl von Kavitäten, welche eine durchschnittliche Tiefe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm aufweisen und/oder länglich, beispielsweise sacklochartig und/oder hohlkegelartig, ausgebildet sind und/oder in Form einer Reihe von parallelen (Nano-)Schächten angeordnet sind, ausgelegt. Die Kavitäten können insbesondere eine Form in Form eines negativen Abbildes einer erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Struktur, insbesondere mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, ausgebildet sein. Zum Beispiel kann dabei die Kavitätsoberflächenstruktur eine Vielzahl von, insbesondere länglichen, beispielsweise sacklochartigen und/oder hohlkegelartigen, Kavitäten mit einer durchschnittlichen Tiefe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm in Form eines negativen Abbildes einer Vielzahl von erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, insbesondere welche säulenartig angeordnet sind, aufweisen.In a further embodiment of the tool manufacturing method, the method for producing a tool, in particular an injection molding tool, with a structured tool surface with a cavity surface structure with a plurality of cavities, which have an average depth in a range of ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm and / or are elongated, for example blind hole-like and / or hollow cone-like, and / or in the form of a series of parallel (nano -)Shafts are arranged. The cavities can in particular have a shape in the form of a negative image of a raised, in particular elongated, for example cone-like, structure, in particular with an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm. For example, the cavity surface structure can have a large number of, in particular elongated, for example blind hole-like and/or hollow cone-like, cavities with an average depth in a range of ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range of ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm in the form of a negative image of a large number of raised, in particular elongated, for example cone-like, structures with an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range of ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, in particular which are arranged in a columnar manner.
In einer speziellen Ausgestaltung des Werkzeugherstellungsverfahrens ist das Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs, insbesondere eines Spritzguss-Werkzeugs, mit einer strukturierten Werkzeugoberfläche mit einer Kavitätsoberflächenstruktur in Form eines negativen Abbildes einer zikadenflügelartigen Oberflächenstruktur ausgelegt.In a special embodiment of the tool manufacturing process, the process for producing a tool, in particular an injection molding tool, is designed with a structured tool surface with a cavity surface structure in the form of a negative image of a cicada wing-like surface structure.
Unter einer zikadenflügelartigen Oberflächenstruktur kann insbesondere eine Oberflächenstruktur verstanden werden, welche der Oberflächenstruktur eines Zikadenflügels ähnelt. Zikadenflügel können nämlich eine Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, beispielsweise welche säulenartig angeordnet sind, aufweisen. Die erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen der Zikadenflügel-Oberflächenstruktur können dabei als positives Bild bezeichnet werden.A cicada wing-like surface structure can in particular be understood to mean a surface structure which is similar to the surface structure of a cicada wing. Cicada wings can have a surface structure with a variety of raised, in particular elongated, for example cone-like, structures with an average height in a range of ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range of ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in one Range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, for example which are arranged like a column. The raised, especially elongated, for example cone-like, structures of the cicada wing surface structure can be described as a positive image.
Unter einer Kavitätsoberflächenstruktur in Form eines negativen Abbildes einer zikadenflügelartigen Oberflächenstruktur kann dabei insbesondere eine Oberflächenstruktur, insbesondere eine Kavitätsoberflächenstruktur, mit einer Vielzahl von, insbesondere länglichen, beispielsweise sacklochartigen und/oder hohlkegelartigen, Kavitäten mit einer durchschnittlichen Tiefe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm und in Form eines negativen Abbildes einer Vielzahl von erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, beispielsweise welche säulenartig angeordnet sind, verstanden werden.A cavity surface structure in the form of a negative image of a cicada wing-like surface structure can in particular be a surface structure, in particular a cavity surface structure, with a large number of, in particular elongated, for example blind hole-like and / or hollow cone-like, cavities with an average depth in a range of ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm and in the form of a negative image of a large number of raised, in particular elongated, for example cone-like, structures with an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, for example which are arranged in a columnar manner.
Das erfindungsgemäße Werkzeug kann insbesondere eine strukturierte Werkzeugoberfläche aufweisen und durch ein erfindungsgemäßes Werkzeugherstellungsverfahren hergestellt sein. Dabei kann die strukturierte Werkzeugoberfläche insbesondere eine Kavitätsoberflächenstruktur mit einer Vielzahl von Kavitäten aufweisen. Insbesondere kann die Kavitätsoberflächenstruktur dabei eine Vielzahl von Kavitäten, welche eine durchschnittliche Tiefe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm aufweisen und/oder länglich, beispielsweise sacklochartigen und/oder hohlkegelartig, ausgebildet sind und/oder in Form einer Reihe von parallelen (Nano-)Schächten angeordnet sind, aufweisen. Die Kavitäten können insbesondere eine Form in Form eines negativen Abbildes einer erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Struktur, insbesondere mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, ausgebildet sein. Zum Beispiel kann dabei die Kavitätsoberflächenstruktur eine Vielzahl von, insbesondere länglichen, beispielsweise sacklochartigen und/oder hohlkegelartigen, Kavitäten mit einer durchschnittlichen Tiefe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm in Form eines negativen Abbildes einer Vielzahl von erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, insbesondere welche säulenartig angeordnet sind, aufweisen. Zum Beispiel kann dabei die Kavitätsoberflächenstruktur in Form eines negativen Abbildes einer zikadenflügelartigen Oberflächenstruktur ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Werkzeug ein Spritzguss-Werkzeug sein.The tool according to the invention can in particular have a structured tool surface and be produced by a tool manufacturing method according to the invention. The structured tool surface can in particular be a cavity surface structure with a lot have number of cavities. In particular, the cavity surface structure can have a plurality of cavities, which have an average depth in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm and / or are elongated, for example blind hole-like and / or hollow cone-like, and / or are arranged in the form of a series of parallel (nano) shafts. The cavities can in particular have a shape in the form of a negative image of a raised, in particular elongated, for example cone-like, structure, in particular with an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm. For example, the cavity surface structure can have a large number of, in particular elongated, for example blind hole-like and/or hollow cone-like, cavities with an average depth in a range of ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range of ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm in the form of a negative image of a large number of raised, in particular elongated, for example cone-like, structures with an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range of ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, in particular which are arranged in a columnar manner. For example, the cavity surface structure can be designed in the form of a negative image of a cicada wing-like surface structure. For example, the tool can be an injection molding tool.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer strukturierten Bauteiloberfläche kann insbesondere mit einem erfindungsgemäß hergestellten beziehungsweise erfindungsgemäßen Werkzeug durchgeführt werden. Insbesondere kann das Verfahren dabei zur Herstellung eines Bauteils mit einer strukturierten Bauteiloberfläche ausgelegt sein, dessen strukturierte Bauteiloberfläche eine Oberflächenstruktur eine Vielzahl von erhabenen Strukturen aufweist. Die erhabenen Strukturen können dabei eine durchschnittliche Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm aufweisen und/oder länglich, beispielsweise kegelartig, ausgebildet und/oder säulenartig angeordnet sein. Zum Beispiel kann das Verfahren dabei zur Herstellung eines Bauteils mit einer strukturierten Bauteiloberfläche ausgelegt sein, dessen Bauteiloberfläche eine Oberflächenstruktur eine Vielzahl von erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen, insbesondere mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, beispielsweise welche säulenartig angeordnet sind, aufweist. Beispielsweise kann das Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit einer strukturierten Bauteiloberfläche mit einer zikadenflügelartigen Oberflächenstruktur ausgelegt sein. Zum Beispiel kann das Verfahren zur Herstellung eines Spritzguss-Bauteils ausgelegt sein.The method according to the invention for producing a component with a structured component surface can be carried out in particular with a tool produced according to the invention or according to the invention. In particular, the method can be designed to produce a component with a structured component surface, the structured component surface of which has a surface structure with a plurality of raised structures. The raised structures can have an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm and / or elongated , for example conical, designed and / or arranged like a column. For example, the method can be designed to produce a component with a structured component surface, the component surface of which has a surface structure comprising a multitude of raised, in particular elongated, for example cone-like, structures, in particular with an average height in a range of ≥ 100 nm to ≤ 500 nm , for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, for example which are arranged in a columnar manner. For example, the method for producing a component with a structured component surface can be designed with a cicada wing-like surface structure. For example, the method can be designed to produce an injection molded component.
In dem Verfahren zur Herstellung des Bauteils - auch teilweise im Folgenden als „Bauteilherstellungsverfahrens“ bezeichnet - wird insbesondere von einem erfindungsgemäß hergestellten Werkzeug und/oder einem erfindungsgemäßen Werkzeug die strukturierte Werkzeugoberfläche durch einen abformenden Prozess unter Ausbildung eines Bauteils, beispielsweise Spritzguss-Bauteils, mit einer strukturierten Bauteiloberfläche mit einer Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von erhabenen Strukturen in Form eines positiven Abbildes der Kavitätsoberflächenstruktur der strukturierten Werkzeugoberfläche abgeformt. Die strukturierte Werkzeugoberfläche kann dabei insbesondere wie vorstehend erläutert strukturiert beziehungsweise ausgebildet sein.In the method for producing the component - also partly referred to below as the "component manufacturing method" - the structured tool surface is in particular of a tool produced according to the invention and/or a tool according to the invention by a molding process to form a component, for example an injection molded component, with a structured component surface with a surface structure with a variety of raised structures in the form of a positive image of the cavity surface structure of the structured tool surface. The structured tool surface can be structured or designed in particular as explained above.
In einer Ausgestaltung des Bauteilherstellungsverfahrens weisen die erhabenen Strukturen eine durchschnittliche Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, aufweisen und/oder sind länglich, insbesondere kegelartig, ausgebildet und/oder sind säulenartig angeordnet. Zum Beispiel kann die strukturierte Bauteiloberfläche eine Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen, insbesondere mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, beispielsweise welche säulenartig angeordnet sind, aufweisen. Beispielsweise kann die strukturierte Bauteiloberfläche eine zikadenflügelartige Oberflächenstruktur aufweisen.In one embodiment of the component manufacturing method, the raised structures have an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, have and/or are elongated, in particular conical, and/or are arranged in a column-like manner. For example, the structured component surface can have a surface structure with a large number of raised, in particular elongated, for example cone-like, structures, in particular with an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, for example which are arranged in a columnar manner. For example, the structured component surface can have a cicada wing-like surface structure.
In einer weiteren Ausgestaltung des Bauteilherstellungsverfahrens wird als abformender Prozess ein Spritzguss-Prozess, insbesondere ein Hochleistungsspritzguss-Prozess, und/oder ein Niederdruck-Abform-Sprüh-Prozess eingesetzt. Insbesondere kann ein Spritzguss-Prozess als abformender Prozess eingesetzt werden. Dabei kann das Bauteil insbesondere ein Spritzguss-Bauteil sein.In a further embodiment of the component manufacturing process, an injection molding process, in particular a high-performance injection molding process, and/or a low-pressure molding spray process is used as the molding process. In particular, an injection molding process can be used as a molding process. The component can in particular be an injection molded component.
Das erfindungsgemäße Bauteil mit einer strukturierten Bauteiloberfläche ist insbesondere mittels eines durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellten Werkzeugs und/oder mittels eines erfindungsgemäßen Werkzeugs und/oder durch ein erfindungsgemäßes Verfahren hergestellt. Dabei weist die strukturierte Bauteiloberfläche insbesondere eine Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von erhabenen Strukturen auf.The component according to the invention with a structured component surface is produced in particular by means of a tool produced by a method according to the invention and/or by means of a tool according to the invention and/or by a method according to the invention. The structured component surface in particular has a surface structure with a large number of raised structures.
In einer Ausgestaltung des Bauteils weisen die erhabenen Strukturen eine durchschnittliche Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, auf und/oder sind länglich, insbesondere kegelartig, ausgebildet und/oder sind säulenartig angeordnet. Zum Beispiel kann die strukturierte Bauteiloberfläche eine Oberflächenstruktur mit einer Vielzahl von erhabenen, insbesondere länglichen, beispielsweise kegelartigen, Strukturen, insbesondere mit einer durchschnittlichen Höhe in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 150 nm bis ≤ 400 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, beispielsweise welche säulenartig angeordnet sind, aufweisen.In one embodiment of the component, the raised structures have an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, on and/or are elongated, in particular conical, and/or are arranged in a column-like manner. For example, the structured component surface can have a surface structure with a large number of raised, in particular elongated, for example cone-like, structures, in particular with an average height in a range from ≥ 100 nm to ≤ 500 nm, for example in a range from ≥ 150 nm to ≤ 400 nm, in particular in a range from ≥ 200 nm to ≤ 300 nm, for example which are arranged in a columnar manner.
In einer speziellen Ausgestaltung des Bauteils weist die strukturierte Bauteiloberfläche eine zikadenflügelartige Oberflächenstruktur auf.In a special embodiment of the component, the structured component surface has a cicada wing-like surface structure.
Beispielsweise kann das Bauteil ein Spritzguss-Bauteil sein.For example, the component can be an injection molded component.
Grundsätzlich kommen als Bauteile, insbesondere Bauteile mit sogenannten „Kollektivgriffflächen“ in Frage bzw. in Betracht. Beispielsweise können die entsprechenden Bauteile als Türgriffummantelungen oder als Griffflächen aufweisende Bauteile im Bereich öffentlicher Verkehrsmittel ausgeführt sein, wie beispielsweise Haltegriffummantelungen. So kommen als Bauteile insbesondere auch Lenkrad- und/oder Steuerradgriffe und/oder - ummantelungen in Frage, die in der Kraftfahrzeugindustrie und/oder im Sportbereich eingesetzt werden können, beispielsweise insbesondere bei Sportgeräten, die dann in einem Fitnessstudio stehen. Im Endeffekt sind daher entsprechende Bauteile mit Griffflächen herstellbar, die insbesondere eine antibakteriell wirksame Struktur aufweisen.In principle, components with so-called “collective gripping surfaces” come into question or should be considered. For example, the corresponding components can be designed as door handle casings or as components with grip surfaces in the area of public transport, such as grab handle casings. In particular, steering wheel and/or steering wheel handles and/or casings that can be used in the motor vehicle industry and/or in the sports sector, for example in particular in sports equipment that are then located in a fitness studio, come into consideration as components. In the end, corresponding components can be produced with gripping surfaces which, in particular, have an antibacterially effective structure.
Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, das erfindungsgemäße Werkzeugherstellungsverfahren, das erfindungsgemäße Werkzeug, das erfindungsgemäße Bauteilherstellungsverfahren und das erfindungsgemäße Bauteil in vorteilhafter Art und Weise auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die Patentansprüchen 1, 18, 19 und 22 sowie deren auf die jeweiligen nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugherstellungsverfahrens und des erfindungsgemäßen Bauteils anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
-
1 in einer schematischen Darstellung einen tetrapodenförmigen Partikel; -
2a-2d in schematischen Darstellungen eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Werkzeugherstellungsverfahrens; und -
3 in einer schematischen Darstellung eines, durch eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Bauteilherstellungsverfahrens hergestellten Bauteils.
-
1 in a schematic representation a tetrapod-shaped particle; -
2a-2d in schematic representations an embodiment of the tool manufacturing method according to the invention; and -
3 in a schematic representation of a component produced by an embodiment of the component manufacturing method according to the invention.
Tetrapodenförmige Partikel 11 weisen somit vier, längliche, insbesondere kegelartige, von einem Partikelkern 11a in unterschiedliche Richtungen wegweisende Partikelspitzen 11b, 11c, 11d, 11e auf. Derartige tetrapodenförmigen Partikeln 11 können beispielsweise Zinkoxid umfassen bzw. aufweisen. Zinkoxid kann beispielsweise in Form von derartigen tetrapodenförmigen Partikeln 11 kristallisieren, welche auch als Zinkoxid-Tetrapoden bezeichnet werden.Tetrapod-shaped
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Partikel 11 eingesetzt, welche im Durchschnitt einen Partikelradius r11 in einem Bereich von ≥ 110 nm bis ≤ 550 nm, beispielsweise in einem Bereich von ≥ 165 nm bis ≤ 440 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 220 nm bis ≤ 330 nm, aufweisen. Durch derartig kleine Partikel 11 können vorteilhafterweise Strukturen in einem Bereich von einigen hundert Nanometern ausgebildet werden, welche an biologische Materialien, beispielsweise wie Zikadenflügel, angelehnte Oberflächeneigenschaften, insbesondere antimikrobielle, beispielsweise antibakterielle und/oder antimykotische und/oder antivirale und/oder antiparasitische, Eigenschaften, zeigen können. Grundsätzlich kann dies auch durch den Einsatz von sphärischen Partikeln erzielt werden, deren durchschnittlicher Partikelradius beziehungsweise Partikeldurchmesser dann jedoch vorzugsweise im unteren Segment dieser Bereiche ausgewählt wird.In a preferred embodiment of the method according to the invention,
Bei Partikeln 11, welche mindestens eine von einem Partikelkern 11a wegweisende Partikelspitze 11b, 11c, 11d, 11e aufweisen, wie zum Beispiel bei tetrapodenförmigen Partikeln 11, können die an biologische Materialien angelehnten Oberflächeneigenschaften, jedoch insbesondere durch die mindestens eine Partikelspitze 11b,11c, 11d, 11e erzielt werden, welche lediglich einen Teilabschnitt des gesamten Partikels 11 ausmacht und daher auch eine kleinere Dimensionierung als der Partikelradius r11 beziehungsweise der Partikeldurchmesser (nicht dargestellt) aufweist. Daher können durch Partikel 11, welche mindestens eine von einem Partikelkern 11 a wegweisende Partikelspitze 11b, 11c, 11d, 11e aufweisen, auch bei einem durchschnittlichen Partikelradius r11, also einem durchschnittlichen Radius des gesamten Partikels 11, in einem Bereich von ≥ 110 nm bis ≤ 550 nm durch die kleiner dimensionierte mindestens eine Partikelspitze 11b, 11c, 11d, 11e Strukturen in einem Bereich von einigen hundert Nanometern ausgebildet werden, welche die erläuterten, an biologische Materialien, beispielsweise wie Zikadenflügel, angelehnte Oberflächeneigenschaften zeigen können.In the case of
Die Verwendung des Begriffs der effektiven Partikelspitzenlänge leff liegt zudem darin begründet, dass sich bei der Kristallisation tetrapodenförmigen Partikeln 11, zum Beispiel von Zinkoxid-Tetrapoden, an den äußeren Enden der Partikelspitzen 11b, 11c, 11d, 11e noch sehr dünne nadelartige Fortsätze ausbilden können (nicht dargestellt), welche jedoch bei der Prozessierung des Partikel 11 abbrechen und daher nicht zu der effektive Partikelspitzenlänge leff beitragen.The use of the term effective particle tip length l eff is also due to the fact that during the crystallization of tetrapod-shaped
In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Partikel 11, insbesondere tetrapodenförmige Partikel 11, eingesetzt, deren Partikelspitzen 11b, 11c, 11d, 11e im Durchschnitt eine effektive Partikelspitzenlänge leff in einem Bereich von ≥ 100 nm bis ≤ 500 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 200 nm bis ≤ 300 nm, und/oder einen effektiven Partikelspitzendurchmesser deff in einem Bereich von ≥ 25 nm bis ≤ 200 nm, insbesondere in einem Bereich von ≥ 35 nm bis ≤ 170 nm, aufweisen.In one embodiment of the method according to the invention,
Die
Dabei veranschaulicht
Das Aufbringen der Partikel 11 auf den Muttermodell-Grundkörper 10 kann beispielsweise mittels einer Dispersion und/oder Suspension in einer Flüssigkeit erfolgen. Die Flüssigkeit der Dispersion und/oder Suspension kann nach dem Aufbringen der Partikel 11 auf den Muttermodell-Grundkörper 10, insbesondere in einem Verfahrensschritt a2), und insbesondere vor dem in
Der Muttermodell-Grundkörper 10 ist vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet.The mother
Das Bauteil 1000 wurde insbesondere dadurch hergestellt, dass die strukturierte Werkzeugoberfläche 100* von dem in
Insbesondere kann ein Spritzguss-Prozess als abformender Prozess eingesetzt werden. Dabei kann das Bauteil insbesondere ein Spritzguss-Bauteil sein.In particular, an injection molding process can be used as a molding process. The component can in particular be an injection molded component.
Durch das Abformen wird das Bauteil 1000 mit der strukturierten Bauteiloberfläche 1000* in Form eines positiven Abbildes der Kavitätsoberflächenstruktur der strukturierten Werkzeugoberfläche 100* ausgebildet. Dabei werden die erhabenen Strukturen 1010 durch die Kavitäten der Kavitätsoberflächenstruktur der strukturierten Werkzeugoberfläche 100* ausgebildet.Through the molding, the
Grundsätzlich kommen als Bauteile 1000, insbesondere Bauteile 1000 mit sogenannten „Kollektivgriffflächen“ in Frage bzw. in Betracht. Beispielsweise können die entsprechenden Bauteile als Türgriffummantelungen oder als Griffflächen aufweisende Bauteile 1000 im Bereich öffentlicher Verkehrsmittel ausgeführt sein, wie beispielsweise Haltegriffummantelungen. So kommen als Bauteile 1000 insbesondere auch Lenkrad- und/oder Steuerradgriffe und/oder - ummantelungen in Frage, die in der Kraftfahrzeugindustrie und/oder im Sportbereich eingesetzt werden können, beispielsweise insbesondere bei Sportgeräten, die dann in einem Fitnessstudio stehen. Im Endeffekt sind daher entsprechende Bauteile 1000 herstellbar, die insbesondere eine antibakteriell wirksame Struktur aufweisen.Basically,
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- Muttermodell-GrundkörperMother model primitive
- 10*10*
- strukturierte Muttermodell-Grundkörper-Oberflächestructured mother model base body surface
- 1111
- Partikel, insbesondere tetrapodenförmige PartikelParticles, especially tetrapod-shaped particles
- 11a11a
- PartikelkernParticle core
- 11b-11e11b-11e
- PartikelspitzeParticle tip
- r11r11
- Partikelradiusparticle radius
- leffleff
- effektive Partikelspitzenlängeeffective particle tip length
- deffdef
- effektiver Partikelspitzendurchmessereffective particle tip diameter
- 1212
- Binde- und/oder Füllmittel Binders and/or fillers
- 100100
- WerkzeugTool
- 100*100*
- strukturierte Werkzeugoberflächestructured tool surface
- 101101
- elektrisch leitfähige Beschichtungelectrically conductive coating
- 110110
- Kavitäten cavities
- 10001000
- BauteilComponent
- 1000*1000*
- strukturierte Bauteiloberflächestructured component surface
- 10101010
- längliche, insbesondere kegelartige, Strukturenelongated, especially cone-like, structures
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- JP 2014205318 A [0002]JP 2014205318 A [0002]
- WO 2011/004991 A1 [0003]WO 2011/004991 A1 [0003]
- JP 2004034419 A [0004]JP 2004034419 A [0004]
- WO 2017/074264 A1 [0005]WO 2017/074264 A1 [0005]
- WO 2020/152345 A1 [0006]WO 2020/152345 A1 [0006]
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2022
- 2022-07-18 DE DE102022117899.4A patent/DE102022117899A1/en active Pending
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