DE10361119A1

DE10361119A1 - Metal object, in particular injection molding tool, manufacture involves repeated electrolytic deposition of metal onto a masked flat surface to build up a three-dimensional structure

Info

Publication number: DE10361119A1
Application number: DE10361119A
Authority: DE
Inventors: Torsten Kurenbach
Original assignee: SOLIDTOOL GmbH
Current assignee: SOLIDTOOL GmbH
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-14

Abstract

A mask(3) is formed on an electrically conducting flat surface(2) of a body(1). The mask protects the surface below from an electrolyte or exposes it to the latter. A metal layer(6) is then formed on the exposed surface by contact with an electrolyte in an electroplating process. In order to build up a desired metal thickness a mask(3) is created on a deposited metal layer and the electrolytic process repeated. This process is repeated a number of times with each created surface being flattened before creating a mask. Each deposited layer or surface is also pre-treated with organic or inorganic cleaners to improve adhesion between layers. Masks are created by applying masking material over the entire surface and making cut outs(5) in the layer with a laser beam(4). Mask material may be applied to specific areas of a surface using an application mask. For forming chambers and undercuts in a metal object being produced one or more areas of a surface to be coated with an insulating mask material are coated with a conductive varnish. Current strength during deposition is matched to the electrically conductive surface areas of the surface to be coated so that a constant surface current density in maintained. The process is performed at pressure above atmospheric to reduce gas bubble formation at the metal body. Final removal of mask material is by burning off and/or melting. An independent claim is included for a metal body, in particular an injection molding tool produced by the claimed process.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines metallischen Körpers, bei dem Metall durch galvanische Abscheidung aus einer Elektrolytlösung auf eine zumindest bereichsweise elektrisch leitende, insbesondere metallische Fläche abgeschieden wird.The The invention relates to a method for producing a metallic body, at the metal by electrodeposition from an electrolyte solution an at least partially electrically conductive, in particular metallic area is deposited.

Die Abscheidung von Metall aus einer Elektrolytlösung, beispielsweise auf eine metallische Fläche, ist im Stand der Technik bekannt. Zur Herstellung metallischer Körper mit einer bestimmten Geometrie werden zum Beispiel unter anderem galvanische Verfahren eingesetzt, bei denen Metall aus einer metallsalzhaltigen Lösung, einer Elektrolytlösung, durch Einsatz von elektrischem Strom an einer Elektrode niedergeschlagen wird.The Deposition of metal from an electrolyte solution, for example to a metallic surface, is known in the art. For the production of metallic bodies with of a certain geometry, for example, galvanic Method used in which metal from a metal salt-containing Solution, an electrolyte solution, deposited by the use of electrical current to an electrode becomes.

Hierbei wird zur Formgebung als Elektrode ein elektrisch leitendes Abbild der späteren gewünschten Geometrie verwendet, auf dessen Oberfläche der galvanische Prozess stattfindet. Ist dieses leitende Abbild ungünstig geformt, beispielsweise mit Spitzen oder stark gerundeten Flächen, an denen es zu verschiedenen Feldstärken kommt, so können ungleichmäßig dicke Schichten des abgeschiedenen Metalls auf dem abzuformenden Teil entstehen.in this connection becomes an electrically conductive image for shaping as an electrode later desired Geometry is used on the surface of which the galvanic process takes place. Is this conductive image unfavorably shaped, for example with peaks or strongly rounded areas, where there are different field strengths comes, so can unevenly thick Layers of the deposited metal on the part to be molded arise.

Die Verteilung der Schichtdicke ist in der Regel nur durch Versuche zu ermitteln und zu optimieren. In der Praxis muss auch die Metallsalzlösung durch spezielle chemische Zutaten auf den jeweiligen Anwendungsfall optimiert werden. Weiterhin ist in tiefen Löchern oder Spalten die Geschwindigkeit des Metallwachstums so langsam, dass die bekannten Verfahren unwirtschaftlich sind. Das Resultat einer Abscheidung mit diesem bekannten Verfahren ist beispielsweise eine Schale mit einer Rückseite, deren Geometrie nicht kontrolliert werden kann und deren Vorderseite im Wesentlichen dem elektrisch leitenden Abbild entspricht. Eine derart undefinierte Geometrie der Schalenrückseite führt beispielsweise zu Handhabungsproblemen und macht eine spätere Nachbearbeitung nötig. Darüber hinaus muss das formgebende elektrisch leitende Abbild der späteren Geometrie zuerst hergestellt werden, was zu weiteren Verzögerungen im Herstellungsprozess führt. Daher ist das gesamte Verfahren nicht automatisierbar und an vielen Stellen muss mit Erfahrungswerten gearbeitet werden, was die Reproduzierbarkeit beeinflusst.The Distribution of the layer thickness is usually only by experiment to identify and optimize. In practice, the metal salt solution must be through special chemical ingredients optimized to the particular application become. Furthermore, in deep holes or columns, the velocity of the Metal growth so slow that the known methods uneconomical are. The result of a deposition with this known method For example, a shell with a backside whose geometry is not can be controlled and whose front is essentially the corresponding electrically conductive image. Such an undefined one Geometry of the shell back leads for example to handling problems and makes a later post-processing necessary. Furthermore must be the shaping electrically conductive image of the later geometry first produced, leading to further delays in the manufacturing process leads. Therefore the whole process is not automatable and in many places must be worked with empirical values, what the reproducibility affected.

Im Stand der Technik ist es weiterhin bekannt, zur Herstellung metallischer Körper, beispielsweise von Prototypen, das Verfahren des selektiven Lasersinterns einzusetzen. Hierfür wird ein Metallpulver durch einen Laser lokal so weit erhitzt, dass die Körner des Pulvers aufschmelzen. Beim Erkalten entsteht durch thermische Kristallbildung eine zusammenhängende Schicht, die auch mit ihrer Unterschicht verschmolzen ist. Durch mehrfaches Wiederholen dieses Vorgangs in immer neuen Schichten wächst der gewünschte Körper in die Höhe und erhält dabei Schicht für Schicht die gewünschte Form.in the It is also known in the art to produce metallic ones Body, for example, prototypes, the method of selective laser sintering use. Therefor a metal powder is locally heated by a laser so far that the grains of the powder melt. When cooling occurs by thermal Crystal formation a coherent Layer that is also fused with its lower layer. By the repeated repetition of this process in ever new layers is growing desired body in the air and gets it Layer for Layer the desired one Shape.

Dieses bekannte Verfahren führt jedoch zu wesentlichen Problemen durch die thermische Schwindung bei der Erstarrung. Hierdurch können Eigenspannungen und auch Verzüge entstehen, wenn die geschmolzene Schicht auf einer festen Unterschicht erstarrt. Festigkeit und Genauigkeit eines derart hergestellten Körpers sind deswegen üblicherweise nicht ausreichend. Außerdem findet sich die im Ausgangspulver vorhandene Luft in Form von kleinen Kanälen oder Blasen im Metall wieder, so dass der erstellte Körper porös ist. Für viele Anwendungen ist diese Eigenschaft nicht erwünscht.This known method leads but to significant problems due to thermal shrinkage during solidification. This allows residual stresses and also delays arise when the molten layer on a solid sublayer stiffens. Strength and accuracy of such produced body are therefore common unsatisfactory. Furthermore There is the air present in the starting powder in the form of small channels or bubbles in the metal again so that the created body is porous. For many Applications, this feature is not desirable.

Ebenso ist es bekannt, zur Herstellung metallischer Körper eine spanabhebende Bearbeitung zu verwenden, wofür aus einem größeren, vollen Metallmaterial durch Fräsen alles überschüssige Material entfernt wird. Ein Fräser führt hierbei eine kreisbogenförmige Schnittbewegung aus, wobei die Geometrie und Formgebung des gewünschten Körpers durch die Vorschubbewegung hergestellt wird, mit der der Fräser relativ zum Werkstück bewegt wird.As well it is known to produce a metal body machining to use, for what from a larger, fuller Metal material by milling all excess material Will get removed. A router leads here a circular arc Cutting movement, taking the geometry and shape of the desired Body through the feed motion is made, with the cutter relative to the workpiece is moved.

Eine derartige Fräsbearbeitung führt zu Zerspanungskräften, die auf die Vorschubbewegung rückwirken. Es werden hohe Anforderungen an die Steifigkeit der Maschine gestellt, damit die Präzision des bearbeiteten Werkstücks ausreichend ist. Für die Berechnung der Vorschubbewegung ist eine hohe Rechenleistung notwendig, um beispielsweise zu verhindern, dass der Fräser oder andere Teile der Fräsmaschine mit dem Werkstück kollidieren. Das kleinste herstellbare Detail liegt in der Größenordnung des Fräserdurchmessers und somit bei nur wenigen Zehntel Millimetern. Für derart feine Details muss der Fräskopf sehr dünn ausgeführt sein, was bei den für die Bearbeitung notwendigen Drehzahlen zu Schwingungen des Fräsers führt, worunter wiederum die Präzision des Herstellungsprozesses leidet.A Such milling leads to cutting forces, which react on the feed movement. There are high demands on the rigidity of the machine, thus the precision of the machined workpiece is sufficient. For The calculation of the feed movement is a high computing power necessary, for example, to prevent the cutter or other parts of the milling machine with the workpiece collide. The smallest manufacturable detail is on the order of magnitude the cutter diameter and thus only a few tenths of a millimeter. For such fine details must the milling head very thin accomplished be, what with the for the machining necessary speeds leads to vibrations of the milling cutter, among which again the precision of the manufacturing process suffers.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem präzise metallische Körper unabhängig von ihrer externen und internen Formgebung, insbesondere voll automatisiert und insbesondere schichtweise hergestellt werden können.task The invention is to provide a method with the precise metallic Body independent of their external and internal design, in particular fully automated and in particular can be produced in layers.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, dass auf einer zumindest teilweise elektrisch leitenden, insbesondere planen Fläche eines Körpers, insbesondere eines Grundkörpers, eine Maske angeordnet wird, welche die darunter liegende Fläche gegenüber der Elektrolytlösung schützt und/oder partiell freigibt.This object is achieved according to the invention in that on an at least partially electrically conductive, in particular planar surface of a Body, in particular a body, a mask is arranged, which protects the underlying surface against the electrolyte solution and / or partially releases.

Wird ein derartiger Körper insbesondere kopfüber in die Elektrolytlösung getaucht, so dass bevorzugt nur die zu beschichtende Fläche benetzt wird, so kann bei einem entsprechenden Stromfluss Metall aus der Elektrolytlösung an die Stellen der zu beschichtenden elektrisch leitenden und hierbei insbesondere metallischen Fläche des Körpers galvanisch abgeschieden werden, die durch die Maske gegenüber der Elektrolytlösung freigeblieben sind. Letztendlich wird somit durch den genannten Verfahrensschritt eine bzw. sämtliche in einer Maske angeordneten Aussparungen durch abgeschiedenes Metall aufgefüllt.Becomes such a body especially upside down into the electrolyte solution immersed, so that preferably only the surface to be coated is wetted, so can at a corresponding current flow of metal from the electrolyte solution the locations of the electrically conductive to be coated and this in particular metallic surface of the body can be deposited by the electroplating through the mask opposite the electrolyte solution are left. Ultimately, therefore, by the mentioned Process step one or all in a mask arranged recesses by deposited metal refilled.

Hierdurch bildet sich insbesondere zusammen mit der Maske eine neue, zumindest teilweise elektrisch leitende, insbesondere metallische Schicht auf der ursprünglichen Schicht der Ursprungsfläche. Dadurch, dass in der nach der Abscheidung entstandenen Schicht sowohl metallische Anteile als auch Maskenmaterialanteile vorhanden sind, kann die sich ergebende Fläche je nach Verwendung des Maskenmaterials vollständig elektrisch leitend oder auch nur partiell elektrisch leitend sein.hereby forms in particular together with the mask a new, at least partially electrically conductive, in particular metallic layer the original one Layer of the original surface. Thereby, that in the layer formed after the deposition both metallic Shares and masking material shares are present, the resulting surface depending on the use of the mask material completely electrically conductive or even partially be electrically conductive.

Durch den zuvor beschriebenen Verfahrensschritt wird im Wesentlichen auf eine zumindest teilweise elektrisch leitende Fläche, insbesondere auf deren leitende Flächenbereiche, eine (erste) Schicht von Metall abgeschieden, wobei dieses Metall die Kontur der in der Maske vorhandenen Ausnehmungen aufweist.By The method step described above essentially becomes an at least partially electrically conductive surface, in particular on its conductive surface areas, a (first) layer of metal deposited, this metal has the contour of existing in the mask recesses.

In einer Wiederholung des oben genannten Verfahrens kann es nunmehr vorgesehen sein, auf der neu ausgebildeten, wenigstens teilweise elektrisch leitenden Schicht eine weitere Schicht anzubringen, was dadurch erfolgen kann, dass erneut eine Maske aufgetragen wird, in deren Aussparungen wiederum Metall abgeschieden wird.In a repetition of the above method, it can now be provided on the newly trained, at least partially electrically conductive layer to attach another layer, which can be done by applying a mask again, in the recesses in turn metal is deposited.

Auf diese Art und Weise kann Schicht für Schicht ein metallischer, dreidimensionaler Körper aufgebaut werden, dessen Formgebung durch die Überlagerung mehrerer verschiedener Schichten metallischen Materials gegeben ist.On this way can layer by layer a metallic, built up three-dimensional body whose shaping by the superposition of several different Layers of metallic material is given.

Die Feinheit in der Oberflächenstruktur und auch der internen Formgebung des ausgebildeten Metallkörpers wird hierbei maßgeblich durch die Auswahl sowohl der Maskenschichtstärke als auch der galvanisch abgeschiedenen Stärke der Metallschicht bestimmt.The Fineness in the surface structure and also the internal shape of the formed metal body relevant by selecting both the mask layer thickness and the galvanic separated strength the metal layer determined.

Da es bei der galvanischen Metallabscheidung z.B. aufgrund unterschiedlicher lokaler Elektrolytkonzentrationen sowie auch unterschiedlich starker lokaler Feldstärken zu verschieden starkem Schichtwachstum kommen kann, ist es in einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens vorgesehen, dass vor einer Anordnung einer Maske auf einer zumindest teilweise elektrisch leitenden, z.B. einer durch vorherige Abscheidung hergestellten, insbesondere metallischen Fläche, die Fläche eingeebnet wird.There in the case of electrodeposition, e.g. due to different local electrolyte concentrations as well as different strengths local field strengths it can come to a different strong layer growth, it is in one preferred development of the method provided that before a Arrangement of a mask on an at least partially electrically conductive, e.g. a manufactured by previous deposition, in particular metallic surface, the area is leveled.

Ein derartiges Einebnen kann sowohl bei der erstmalig zu beschichtenden Grundfläche als auch bei jeder, durch die galvanische Abscheidung hergestellten Schicht erfolgen. Dies hat darüber hinaus den besonderen Vorteil, dass jede abgetragene Schicht neben der Einebnung noch auf eine bestimmte definierte Schichtstärke abgetragen wird, so dass sich hierdurch letztendlich die Genauigkeit der Formgebung im Herstellungsprozess beeinflussen lässt. Weiterhin ergibt sich durch die ebene Ausgangsfläche für eine neu abzuscheidende Fläche ein gleichmäßigeres Schichtwachstum, wodurch sich auch insbesondere die Zusammensetzung der Elektrolytlösung (Metallsalzlösung) vereinfacht.One such leveling can be done both at the first time to be coated Floor space as well as any one produced by the electrodeposition Layer done. This has about it In addition, the particular advantage that each layer removed next to the leveling is still removed to a certain defined layer thickness so that this ultimately results in the accuracy of the shaping influenced in the manufacturing process. Furthermore results through the flat exit surface for one newly deposited surface a smoother Layer growth, which also affects in particular the composition the electrolyte solution (Metal salt solution) simplified.

In einer weiteren bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es ergänzend vorgesehen sein, dass eine zumindest teilweise, insbesondere bereichsweise elektrisch leitende Fläche vor der galvanischen Abscheidung einer metallischen Schicht vorbehandelt wird, z.B. um diese Schicht zur Verbesserung der Haftung einer neu aufzutragenden Schicht von organischen und/oder anorganischen Verunreinigungen zu befreien. Hierfür kann der Fachmann verschiedene, ihm bekannte Maßnahmen ergreifen, wie beispielsweise die Behandlung mit entsprechenden Lösungsmitteln oder auch materialabtragende Behandlungen, insbesondere auch die Beleuchtung mit Laserlicht, um thermisch oder fotoablativ Verunreinigungen zu entfernen.In a further preferred embodiment of the method according to the invention it can be complementary be provided that at least partially, in particular regionally electrically conductive surface pretreated before the electrodeposition of a metallic layer is, e.g. around this layer to improve the adhesion of a new applied layer of organic and / or inorganic impurities to free. For this can the skilled person take various measures known to him, such as the treatment with appropriate solvents or material-removing Treatments, in particular the illumination with laser light, to remove impurities thermally or photoablatively.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorgesehen sein, dass die Maske durch ein elektrisch isolierendes Maskenmaterial oder auch durch ein elektrisch leitendes Maskenmaterial ausgebildet wird.To the method of the invention can it can be provided that the mask by an electrically insulating Mask material or by an electrically conductive mask material is trained.

Insbesondere wenn ein elektrisch leitendes Material verwendet wird, kann es sich um ein Metall handeln, welches einen geringeren Schmelzpunkt aufweist als das abzuscheidende Metall. Dies hat insbesondere Vorteile bei der späteren Entformung des ausgebildeten Metallkörpers aus dem Maskenmaterial heraus und bei der Ausbildung von Hinterschneidungen oder Hohlräumen im herzustellenden Körper.Especially if an electrically conductive material is used, it may to act a metal which has a lower melting point as the metal to be deposited. This has particular advantages later Removal of the formed metal body from the mask material out and in the formation of undercuts or cavities in the body to be produced.

Bei der Verwendung eines elektrisch isolierenden Maskenmaterials wird der Vorteil erreicht, dass sich bei einer galvanischen Abscheidung von Metall dieses Metall definitiv nur an den Stellen ablagert, an denen das isolierende Maskenmaterial die darunter liegende metallische Fläche freigibt. Eine Metallabscheidung an dem isolierenden Maskenmaterial selbst tritt nicht auf.When using an electrically insulating mask material, the advantage is achieved that with metal plating of metal, this metal definitely deposits only at the places where the insulating mask material releases the underlying metallic surface. Metal deposition on the insulating mask material itself does not occur.

Dies hat jedoch den Nachteil, dass bei dem schichtweisen, in die Höhe verlaufenden Aufbau eines Metallkörpers in einer Schicht nur derartige Stellen weiter metallisiert werden können, die in einer darunter liegenden Schicht bereits Metall aufgewiesen haben. Bei einer Verwendung eines elektrisch isolierenden Maskenmaterials kann sich daher eine Struktur eines schichtweise gebildeten Körpers nach oben hin nur verjüngen oder in der Ausdehnung konstant bleiben.This However, has the disadvantage that in the layered, running upwards Structure of a metal body in a layer only such sites are further metallized can, which already contained metal in an underlying layer to have. When using an electrically insulating masking material Therefore, a structure of a layered body can move upwards only rejuvenate or stay constant in extent.

Das Ausbilden von Hohlräumen oder Hinterschneidungen in einer Struktur des schichtweise aufgebauten Körpers kann bei der Verwendung eines elektrisch isolierenden Maskenmaterials z.B. dann erreicht werden, wenn das bereits in einer Fläche vorliegende isolierende Maskenmaterial zumindest bereichsweise mit einer elektrisch leitenden Beschichtung, z.B. einem Leitlack beschichtet wird, so dass bei der Abscheidung einer neuen Schicht sich das abzuscheidende Metall auch auf den ansonsten nicht leitenden Bereichen des Maskenmaterials abscheidet. Durch diese verfahrensmäßige Ausgestaltung besteht daher auch die Möglichkeit, Hohlräume und Hinterschneidungen bei der Verwendung von elektrisch nicht leitenden Maskenmaterialien auszubilden.The Forming cavities or undercuts in a structure of layered structure body can when using an electrically insulating masking material e.g. then be achieved if that already exists in an area insulating mask material at least partially with an electric conductive coating, e.g. a conductive ink is coated so that when depositing a new stratum, the stratum to be separated Metal also on the otherwise non-conductive areas of the mask material separates. By this procedural embodiment exists hence the possibility Cavities and Undercuts when using electrically non-conductive Form mask materials.

Diese Problematik stellt sich nicht, sofern als Maskenmaterial ein elektrisch leitendes Material wie beispielsweise ein Metall eingesetzt wird. Hierbei ist lediglich zu beachten, dass das als Maskenmaterial verwendete elektrisch leitende Material eine andere Materialeigenschaft als das abzuscheidende Material aufweist, um über diese differierenden Materialeigenschaften nach dem schichtweisen Aufbau des metallischen Körpers eine Entformung vornehmen zu können.These Problem arises not, if as mask material an electric conductive material such as a metal is used. It should only be noted that this is used as mask material electrically conductive material has a different material property than has the material to be deposited in order to have these different material properties after the layered structure of the metallic body make a demolding to be able to.

So kann beispielsweise bei der Verwendung eines elektrisch nicht leitenden Materials, wie beispielsweise eines Lackes, die Entformung durch eine Verbrennung des Maskenmaterials erfolgen, bei der nach dem Verbrennungsvorgang lediglich der schichtweise aufgebaute metallische Körper stehen bleibt.So For example, when using an electrically non-conductive Material, such as a paint, the demolding by a combustion of the mask material take place, according to the Combustion process only the layered metallic body stop.

Hingegen bei der Verwendung eines elektrisch leitenden Maskenmaterials, wie z.B. eines Metalls mit einem niedrigeren Schmelzpunkt als der des abzuscheidenden Materials kann eine Entformung durch Erhitzung stattfinden, da hierbei bei einer Erwärmung des hergestellten Körpers über den Schmelzpunkt des Maskenmaterials und unterhalb des Schmelzpunktes des abgeschiedenen Metalls sich nur das Maskenmaterial verflüssigt und aus dem schichtweise aufgebauten Körper entfernt werden kann. Nach der Abkühlung bleibt somit lediglich ebenso der schichtweise aufgebaute Körper stehen.On the other hand when using an electrically conductive mask material, such as e.g. a metal having a lower melting point than that of the deposited one Material can take place demolding by heating, since this in a warming of the manufactured body above the melting point of the mask material and below the melting point of the deposited Metal only the mask material liquefies and from the layered built up body can be removed. After cooling, therefore, only remains the same the layered body stand.

Zur Ausbildung einer Maske kann in einer bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Maskenmaterial auf eine zu beschichtende Fläche beispielsweise vollständig aufgetragen werden, woraufhin dann anschließend die Maskenausnehmungen in das Maskenmaterial eingebracht werden. Dies kann beispielsweise durch übliche spanabhebende Bearbeitung oder bei dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders bevorzugt mittels eines insbesondere fokussierten Laserstrahls erfolgen.to Forming a mask can, in a preferred embodiment of the inventive method for example, a mask material is completely applied to a surface to be coated, then then the mask recesses are introduced into the mask material. This can be done, for example, by conventional machining Processing or particularly preferred in the inventive method take place by means of a particular focused laser beam.

Da Laserstrahlung sich durch sehr kohärentes Licht auszeichnet, besteht die Möglichkeit, einen sehr kleinen Fokusfleck eines Laserstrahls zu erzielen, so dass auch besonders feine Maskenausnehmungen im Maskenmaterial z.B. durch den schreibenden Verlauf eines Laserstrahls hergestellt werden können. Hierfür können beispielsweise Laserbeschriftungsanlagen verwendet werden.There Laser radiation is characterized by very coherent light exists the possibility, to achieve a very small focus spot of a laser beam, so that even very fine mask recesses in the mask material, e.g. can be produced by the writing process of a laser beam. For example, this can be Laser marking systems are used.

Der Materialabtrag aus dem Maskenmaterial zur Ausbildung von Maskenausnehmungen mittels eines Lasers kann hierbei beispielsweise durch eine thermische Wechselwirkung und das dadurch bedingte Verdampfen des Materials oder auch durch fotochemische Prozesse, wie beispielsweise eine Fotoablation erfolgen.Of the Material removal from the mask material for the formation of mask recesses By means of a laser can in this case for example by a thermal Interaction and the consequent evaporation of the material or by photochemical processes, such as a Photo ablation done.

Ebenso kann es vorgesehen sein, zur vollflächigen Beschichtung einer galvanisch zu beschichtenden Fläche einen sogenannten Fotoresist zu verwenden, der zunächst auf die zu beschichtende Fläche gleichmäßig aufgetragen wird, anschließend entsprechend belichtet wird, beispielsweise mit UV-Licht durch eine entsprechende Belichtungsmaske hindurch oder aber auch direkt durch das Schreiben mittels eines Laserstrahls, woraufhin anschließend aus dem Fotoresist die belichteten oder je nach Verfahren auch die unbelichteten Maskenmaterialanteile beispielsweise chemisch ausgelöst werden. In die sodann entstehenden Maskenausnehmungen kann erneut galvanisch Metall abgeschieden werden.As well it can be provided for the full-surface coating of a galvanic to be coated surface to use a so-called photoresist, the first on the area to be coated evenly applied will, then is exposed accordingly, for example, with UV light through a corresponding exposure mask through or else directly through the writing by means of a laser beam, whereupon subsequently from the Photoresist the exposed or, depending on the method, the unexposed Mask material shares, for example, be chemically triggered. In the then resulting Mask recesses can again galvanic Metal are deposited.

In einer anderen Verfahrensvariante kann es ebenso vorgesehen sein, das Maskenmaterial nur partiell auf die beschichtete Fläche aufzutragen, beispielsweise durch eine Auftragsmaske, wie es vom Siebdruckverfahren her bekannt ist. So bleiben automatisch die später durch Metall zu beschichtenden Flächenanteile von Maskenmaterial frei.In another variant of the method may also be provided apply the mask material only partially to the coated surface, for example, by an order mask, as the screen printing process is known here. Thus, automatically remain the later to be coated by metal surface proportions free of mask material.

Wie oben beschrieben, können die Ausnehmungen in ein Maskenmaterial beispielsweise durch Verwendung eines Lasers erzielt werden. Hierfür kann es vorgesehen sein, dass ein beispielsweise durch UV-Strahlung aushärtbarer Lack, ein Klebefilm oder ein durch Reibschweißen aufgebrachter Thermoplast auf die zu beschichtende Fläche aufgebracht wird. Nach diesem Auftrag kann sodann dieses Maskenmaterial mittels des Laserstrahls bearbeitet werden, um die gewünschten Ausnehmungen einzubringen.As described above, the Ausneh can be achieved in a mask material, for example by using a laser. For this purpose, it can be provided that a lacquer curable, for example, by UV radiation, an adhesive film or a thermoplastic applied by friction welding is applied to the surface to be coated. After this order, then this mask material can be processed by means of the laser beam to introduce the desired recesses.

Ebenso ist es möglich, ein Maskenmaterial in Form eines Lösungsmittellacks einzusetzen oder auch die Verfahren der Pulverbeschichtung oder des Wirbelsinterns einzusetzen.As well Is it possible, to use a masking material in the form of a solvent-based paint or also the methods of powder coating or vortex sintering use.

Grundsätzlich kann der Fachmann zur Ausbildung einer geeigneten Maske jedes ihm bekannte Verfahren einsetzen.Basically the person skilled in the art to form a suitable mask any method known to him deploy.

Durch das zuvor beschriebene Planen bzw. Einebnen einer durch Abscheidung erzeugten Fläche, auf die durch die galvanische Abscheidung weitere Schichten aufgetragen werden sollen, wird besonders erreicht, dass die Verteilung der einzelnen Schichtdicken sehr gleichmäßig ist. Hierdurch vereinfacht sich insbesondere die Zusammensetzung der verwendeten Metallsalzlösung, wie beispielsweise Kupfersulfat oder Nickelsulfatamat, die gemäß dem Stand der Technik besonders angepasst werden musste, um gleichmäßige Schichtabscheidungen zu erreichen.By the previously described planning or leveling by deposition generated area, on the applied by the electrodeposition further layers It is especially achieved that the distribution of individual layer thicknesses is very uniform. Simplified in particular the composition of the metal salt solution used, such as for example, copper sulfate or Nickelulfatulfatamat, according to the state The technology had to be specially adapted to uniform layer depositions to reach.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann weiterhin vorteilhaft dadurch weiter gebildet werden, dass die Stärke eines für die galvanische Abscheidung vorgesehenen Stroms an die elektrisch leitenden Flächenanteile der zu beschichtenden Fläche angepasst wird.The inventive method can be further advantageously formed by that the strenght one for the galvanic deposition provided electricity to the electric conductive area shares adapted to the surface to be coated becomes.

Beispielsweise ist davon auszugehen, dass bei einer metallischen Grundplatte, die als Ausgangsfläche zur schichtweisen Abscheidung herangezogen wird, die ursprünglich erstmalig zu beschichtende Fläche vollständig metallisch ausgebildet ist.For example It can be assumed that in the case of a metallic base plate, the as starting area used for layered deposition, the original first time to be coated surface Completely is formed metallic.

Eine erstmals hierauf aufgetragene Maske wird dementsprechend bezogen auf das weitere Verfahren maximale Anteile von Ausnehmungen aufweisen, die bei der Verwendung nicht elektrisch leitender Maskenmaterialien mit jeder Schicht weiter abnehmen. Daher wird bevorzugt zur Erzielung einer gleichmäßigen Flächenstromdichte in jeder abzuscheidenden Schicht die Stromstärke mit jedem weiteren Aufbringen einer Schicht eine geringere Stromstärke gewählt. Insbesondere kann die Stromstärke zur galvanischen Schichtabscheidung derart eingestellt werden, dass bezüglich jeder Schicht eine konstante Flächenstromdichte erreicht wird.A The first applied mask is obtained accordingly have on the further process maximum portions of recesses, when using electrically non-conductive masking materials continue to decrease with each shift. Therefore, it is preferred to achieve a uniform surface current density in each layer to be deposited, the current with each further application one layer selected a lower amperage. In particular, the Amperage for galvanic layer deposition can be adjusted so that in terms of Each layer has a constant surface current density is reached.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, die Metallabscheidung unter einem Umgebungsdruck stattfinden zu lassen, der größer ist als der normale Atmosphärendruck. Hierfür kann beispielsweise das Verfahren in einer Druckkammer durchgeführt werden, in der ein solcher erhöhter Umgebungsdruck einstellbar ist. Vorteilhafterweise kann durch Erhöhung des Umgebungsdruckes erreicht werden, dass die Bildung von Gasblasen am metallischen Körper, der wie eine Elektrode wirkt, verringert oder gänzlich verhindert wird. Als Umgebungsdruck wird zu Durchführung des Verfahrens beispielsweise ein Druck größer als 2 bar, bevorzugt größer als 10 bar eingestellt.In a development of the method according to the invention can be provided be, the metal deposition take place under an ambient pressure to let that bigger as the normal atmospheric pressure. Therefor For example, the method can be carried out in a pressure chamber, in the one such increased Ambient pressure is adjustable. Advantageously, by increasing the ambient pressure be achieved that the formation of gas bubbles on the metallic Body, which acts as an electrode is reduced or completely prevented. When Ambient pressure becomes implementation the process, for example, a pressure greater than 2 bar, preferably greater than 10 bar set.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Formgebung eines metallischen Körpers gleichzeitig mit dessen Herstellung. Es ist daher nicht notwendig, wie es im Stand der Technik bekannt ist, vorhergehende Herstellungsprozesse beispielsweise von Grundformen, von denen eine Abformung durchgeführt wird, abzuwarten.With Help of the method according to the invention takes place the shaping of a metallic body simultaneously with it Production. It is therefore not necessary, as in the prior art is known, previous manufacturing processes, for example of Basic forms from which an impression is made, to wait.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich die Möglichkeit sehr fein strukturierte Oberflächen und Strukturen in dem metallisch schichtweise aufgebauten Körper zu erzielen, da die Feinstrukturen im Wesentlichen durch die Maskenausnehmungen und hier gegebenenfalls bei Verwendung eines Lasers zur Erzeugung dieser Ausnehmungen durch die Laserwellenlänge und die Fokussierbarkeit des Strahles gegeben ist. Es können daher Strukturen erzielt werden, die wesentlich kleiner sind als die kleinsten derzeit verwendbaren Fräserradien.through of the method according to the invention the opportunity very finely textured surfaces and structures in the metallic layered body achieve, because the fine structures essentially through the mask recesses and here optionally when using a laser for the production these recesses by the laser wavelength and the focusability given the beam. It can Therefore, structures are achieved that are much smaller than the smallest currently available cutter radii.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens können so beispielsweise Kunststoffspritzgussformen hergestellt werden, die eine besonders hohe Genauigkeit und Feinheit der Strukturen aufweisen.through of the method according to the invention can be so For example, plastic injection molds are produced, the have a particularly high accuracy and fineness of the structures.

Der Ablauf des Verfahrens ist in der nachfolgenden Abbildung exemplarisch in der Art eines Flussdiagramms dargestellt.Of the Procedure of the method is exemplary in the following figure shown in the manner of a flowchart.

Die Figur zeigt einen Rohling 1, der beispielsweise aus einem Metall bestehen kann oder zumindest eine elektrisch leitende Oberfläche 2 aufweist. Im Fall eines Metallrohlings 1 muss nicht notwendigerweise dieser Rohling aus dem gleichen Metall bestehen wie die aufzutragenden Schichten. Die Materialwahl kann hierbei unter Gesichtspunkten, wie beispielsweise die gute Zerspanbarkeit, optimiert werden.The figure shows a blank 1 , which may for example consist of a metal or at least one electrically conductive surface 2 having. In the case of a metal blank 1 This blank does not necessarily consist of the same metal as the layers to be applied. The choice of material can be optimized in this case from aspects such as the good machinability.

Auf die hier im Ausführungsbeispiel metallische Oberfläche 2 des Rohlings 1 kann im weiteren Verfahrensschritt (a) eine Lackschicht 3 aufgebracht werden, die beispielsweise aus einem UV-härtbaren Lack besteht. Nach dem Härten dieses Lacks mittels UV-Licht kann sodann im weiteren Verfahrensschritt (b) selektiv, beispielsweise durch den fokussierten Strahl 4 eines Lasers eine Maske erzeugt werden, die Ausnehmungen 5 aufweist, an denen das Maskenmaterial 3 den Kontakt zu einer Elektrolytlösung freigibt. Die Maskenausnehmungen 5 werden hier thermisch durch Aufschmelzen und Verdampfen der Lackschicht erzeugt. Um diesen Prozess zu optimieren können z.B. die Laserwellenlänge, die Pulsdauern der Laserpulse, die Fokussierung und andere Parameter geeignet gewählt werden.On the here in the exemplary embodiment metallic surface 2 of the blank 1 can in the further process step (a) a lacquer layer 3 upset which consists for example of a UV-curable lacquer. After curing of this lacquer by means of UV light can then in the further process step (b) selectively, for example by the focused beam 4 a laser mask to be generated, the recesses 5 has, where the mask material 3 releases contact with an electrolyte solution. The mask recesses 5 Here are generated thermally by melting and evaporation of the paint layer. In order to optimize this process, for example, the laser wavelength, the pulse durations of the laser pulses, the focusing and other parameters can be suitably selected.

Zur galvanischen Beschichtung kann nunmehr unter elektrischer Kontaktierung der Rohling 1 in eine hier nicht dargestellte galvanische Lösung eingetaucht werden, beispielsweise bevorzugt mit der Seite des Maskenmaterials nach unten, so dass nur die zu beschichtende Fläche 2 in die Elektrolytlösung eintaucht und die Rückseite des Rohlings 1 bei der Fortführung des Verfahrens nicht beschichtet wird.For galvanic coating can now under electrical contacting the blank 1 are immersed in a galvanic solution, not shown here, for example, preferably with the side of the mask material down, so that only the surface to be coated 2 immersed in the electrolyte solution and the back of the blank 1 is not coated during the continuation of the process.

Im Verfahrensschritt (c) wird sodann galvanisch durch die Aussparungen 5 des Maskenmaterials 3 hindurch die Oberfläche 2 des Rohlings 1 mit abzuscheidendem Metall 6 aufgefüllt. Das abgeschiedene Material 6 nimmt hierbei die Formgestaltung der Ausnehmungen 5 im Maskenmaterial 3 an. Hierbei kann es vorkommen, wie es in der Darstellung zum Verfahrensschritt (c) gezeigt ist, dass die abgeschiedene Metallschicht 6 unterschiedliche bzw. ungleichmäßige Höhen aufweist, so dass in einem bevorzugten Verfahrensschritt (d) die aufgebrachte Schicht durch einen weiteren Bearbeitungsprozess eingeebnet bzw. geplant wird. Hierfür können sämtliche, dem Fachmann bekannte Möglichkeiten zum Materialabtrag eingesetzt werden, so dass dies hier keiner weiteren Erläuterung bedarf.In step (c) is then galvanic through the recesses 5 of the mask material 3 through the surface 2 of the blank 1 with metal to be deposited 6 refilled. The deposited material 6 takes here the shape of the recesses 5 in the mask material 3 at. In this case, as shown in the illustration for method step (c), it may happen that the deposited metal layer 6 has different or non-uniform heights, so that in a preferred method step (d) the applied layer is leveled or planned by a further processing process. For this purpose, all, known to the expert options for material removal can be used, so this requires no further explanation.

Die Einebnung kann hierbei bis auf die Höhe des Maskenmaterial hinab erfolgen. Ggf. kann auch bei der Einebnung Maskenmaterial mit abgetragen werden.The Leveling can be down to the height of the mask material respectively. Possibly. Mask material can also be removed during leveling.

Im Anschluss an den Verfahrensschritt (d) mit der eingeebneten ersten Schicht S1 kann sodann eine Wiederholung der Verfahrensschritte (a)–(d) erfolgen, d.h. es wird erneut eine Lackschicht 3 auf die Schicht S1 aufgebracht, UV-gehärtet, mit einem Laser Ausnehmungen 5 in die Lackschicht 3 eingebracht und sodann in diese Ausnehmungen 5 galvanisch erneut Metall 6 abgeschieden und wieder die Schicht eingebenet, so dass mit jeder Wiederholung der Verfahrensschritte (a)–(d) ein schichtweiser Aufbau S1...Sn eines metallischen Körpers, beispielsweise eines Formnestes für die Kunststoffspritzgusstechnik entsteht.Following the process step (d) with the leveled first layer S1, it is then possible to repeat the process steps (a) - (d), ie, it becomes again a lacquer layer 3 applied to the layer S1, UV-cured, with a laser recesses 5 in the paint layer 3 introduced and then into these recesses 5 galvanic again metal 6 deposited and again entered the layer, so that with each repetition of the process steps (a) - (d) a layered structure S1 ... Sn of a metallic body, for example a mold cavity for the plastic injection molding technique arises.

In dem dargestellten Flussdiagramm der Figur ist ein weiterer bevorzugter Verfahrensschritt nicht bezeichnet, der besagt, dass für eine verbesserte Verbindung und Haftung der Schichten untereinander noch eine Vorbehandlung der Oberfläche einer jeden einzelnen Schicht erfolgen kann, um beispielsweise eine Reinigung von organischen und anorganischen Schmutzschichten zu erreichen. Hierdurch wird sicher gestellt, dass die zu beschichtende Oberfläche 2 mit Ausnahme des Maskenmaterials 3 vor einer erneuten galvanischen Abscheidung nur von einem reinen Metall 6 gebildet wird.In the illustrated flow chart of the figure, a further preferred method step is not designated, which states that for improved connection and adhesion of the layers with each other can be carried out a pretreatment of the surface of each individual layer, for example, to achieve a purification of organic and inorganic dirt layers , This ensures that the surface to be coated 2 with the exception of the mask material 3 before a renewed galvanic deposition only of a pure metal 6 is formed.

Da der herzustellende Körper zwischen den einzelnen Verfahrensschritten bewegt wird, insbesondere nach einer Aufbringung des Maskenmaterial mittels eines Laser die Ausnehmungen im Maskenmaterial anzufertigen sind ist es weiterhin bevorzugt vorgesehen in hierzu eingesetzten einer Laseranlage eine Nullpunktsjustage durchzuführen, um eine reproduzierbare Positionierung des herzustellenden Körpers in der Laseranlage zu gewährleisten. So kann sichergestellt werden, dass die einzelnen Schichten eine genügend exakte Positionierung zueinander erhalten.There the body to be produced is moved between the individual process steps, in particular after application of the mask material by means of a laser the It is still to make recesses in the mask material preferably provided in a laser system used for this purpose Perform zero adjustment, to a reproducible positioning of the body to be produced in to ensure the laser system. This ensures that the individual layers have a enough get exact positioning to each other.

Claims

Process for producing a metallic body, in the metal by electrodeposition from an electrolyte solution an at least partially electrically conductive, in particular metallic area is deposited, characterized by the following, in particular repeatedly conducted Steps: • On an at least partially electrically conductive, in particular plan, area of a body a mask is arranged, which the underlying surface opposite to Elektrolylösung protects and / or partially releases, • Partially through the mask released area becomes by galvanic separation of metal from the Elektrolylösung a applied metallic layer, in particular so that with the mask a new at least partially electrically conductive, in particular forming metallic layer.

Method according to claim 1, characterized in that that at least after a metal deposition incurred partially electrically conductive, in particular metallic surface again a mask is placed around another metallic layer deposit.

Method according to claim 2, characterized in that that by repeated metal deposition, starting from an electrical conductive base one over the base area built-up three-dimensional body made of metal.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that prior to an arrangement of a mask on at least one partially electrically conductive, in particular metallic surface the area is leveled.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that an at least partially electrically conductive area pretreated before the galvanic deposition of a metallic layer, in particular of organic and / or inorganic impurities is cleaned to improve the layer adhesion.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the mask by an electrically insulating Mask material or by an electrically conductive material, in particular a Metal is formed, wherein a metallic, conductive material has a lower melting point, so the deposited Metal.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a mask material is used to form a mask on a surface to be coated entire area is applied and then Mask recesses in the mask material, in particular by means of a Lasers, are introduced.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the mask material partially on a to be coated area is applied, in particular by an order mask.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least a portion of the to be coated area with an electrically insulating mask material with a conductive ink is coated, in particular to a metal body produced undercuts and / or cavities train.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the strength of a for the galvanic deposition of provided current to the electrically conductive Area shares of to be coated surface is adjusted, in particular in each layer deposition one constant area current density to obtain.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that it is carried out at a pressure greater than the normal atmospheric pressure, in particular to the formation of gas bubbles on the metallic body reduce or avoid.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the layered metallic body made the composite is dissolved with the mask material, in particular by Combustion and / or melting of the mask material.

Metal body, in particular injection mold, produced according to one Method according to one of the preceding claims.

Use of a procedure according to one of the previous ones claims for producing a metallic plastic injection mold.