DE112011100311T5 - Formwerkzeug mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster und Verfahren zur Herstellung desselben - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs enthält: Bereitstellen einer Prägungsvorlage, welche ein Oberflächenstrukturmuster aufweist; Aufbringen eines aushärtbaren Materials auf einen flexiblen Film; Prägen des aushärtbaren Materials auf dem flexiblen Film unter Verwendung der Prägungsvorlage, um das Oberflächenstrukturmuster auf das aushärtbare Material zu übertragen; Aushärten des geprägten aushärtbaren Materials, um ein mit einem Muster versehenes und ausgehärtetes Material auszubilden; Anbringen und in Übereinstimmung bringen des flexiblen Films mit einer nicht ebenen Oberfläche eines Modells; Ausbilden eines dünnen Metallfilms auf dem mit einem Muster versehenen und ausgehärteten Material; Elektroformen einer Metallschicht auf dem dünnen Metallfilm, um ein Formwerkzeug der Metallschicht auszubilden, und Entfernen des Formwerkzeugs von dem dünnen Metallfilm.
Description
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- 1. Gebiet der Erfindung
- Die Erfindung betrifft ein Formwerkzeug mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster und ein Verfahren zur Herstellung desselben.
- 2. Beschreibung des Stands der Technik
- In jüngster Zeit wird gewünscht, dass viele geformte Produkte, wie beispielsweise Kosmetikflaschen, Hüllen für Handys, Hüllen für tragbare elektronische Einrichtungen usw. mit Hologrammmustern oder lichtbrechenden Oberflächenstrukturmustern (oder anderen Mikrostrukturmustern) und/oder Logos auf der Außenoberfläche davon ausgebildet werden, um die Aufmerksamkeit potenzieller Konsumenten auf sich zu ziehen.
-
US-Patent Nr. 5,071,597 offenbart ein Verfahren zur Massenfertigung von geformten Produkten, welche ein Hologramm oder Mikrostrukturmuster aufweisen, die auf einer nicht ebenen Oberfläche derselben ausgebildet sind. Das Verfahren enthält die Schritte: Bereitstellen einer fotoempfindlichen Platte, welche ein Substrat und ein Fotoresistmaterial enthält, das auf dem Substrat ausgebildet ist; optisch Ausbilden eines Oberflächenstrukturholograms oder -musters in dem Fotoresistmaterial; Ausbilden einer Metallvorlage, welche mit der Form des Oberflächenstrukturmusters übereinstimmt, mittels elektrolytischer Abscheidung bzw. Galvanisierung; Heißprägen eines flexiblen Films unter Verwendung der Metallvorlage, um das Oberflächenstrukturmuster zum flexiblen Film zu übertragen; Ausbilden eines Modells des auszuformenden Produkts; Anbringen des mit einem Muster versehenen flexiblen Films an eine nicht ebene Oberfläche des Modells; Ausbilden eines dünnen Metallfilms über den mit einem Muster versehenen flexiblen Film; Elektroformen bzw. Galvanoformen einer Metallschicht über den dünnen Metallfilm auf dem mit einem Muster versehenen flexiblen Film an dem Modell, um eine Vorlagenform der Metallschicht, welche das Oberflächenstrukturmuster aufweist, auszubilden; Entfernen des Modells und des flexiblen Films von der Vorlagenform; Anbringen der Vorlagenform an eine hergestellte Unterstützungsplatte zur Verstärkung; Positionieren der verstärkten Vorlagenform mit einem Stopfen oder einem anderen Element zum Ausbilden eines Formhohlraums; Einspritzen von geschmolzenem Kunststoffmaterial in den ausgeformten Hohlraum, um ein geformtes Produkt herzustellen; und Metallisieren des Oberflächenstrukturmusters auf dem geformten Produkt. - Da das Oberflächenstrukturmuster direkt in dem flexiblen Film ausgebildet wird, entstehen Probleme darin, dass ersteres dazu neigt, verformt zu werden, wenn der flexible Film bei der Anbringung an das Modell erweicht wird, und stark beschädigt werden kann, wenn der flexible Film gedehnt wird oder schrumpft, und je größer das Ausmaß der Dehnung oder Schrumpfung, desto größer wird die Beschädigung des Oberflächenstrukturmusters. Als Folge davon kann der flexible Film lediglich an eine ebene Oberfläche oder an eine nicht ebene Oberfläche, welche keine runden Ecken aufweist, wie beispielsweise eine zylindrische Oberfläche oder eine leicht zulaufende kegelstumpfartig-konische Oberfläche angebracht werden, so dass der flexible Film keinem Dehnen oder Schrumpfen unterzogen wird, damit eine Beschädigung an dem Oberflächenstrukturmuster vermieden werden kann. Folglich ist das Verfahren aus dem Stand der Technik darin nachteilig, dass die Oberfläche des mit dem Oberflächenstrukturmusters auszubildenden Produkts auf eine solche begrenzt ist, die eben oder zylindrisch ist.
- Die gesamte Offenbarung des
US-Patents Nr. 5,071,597 - ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Formwerkzeug mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster und ein Verfahren zur Herstellung desselben bereitzustellen, das die vorgenannten Probleme lösen kann, dass das Oberflächenstrukturmuster dazu neigt, verformt zu werden, aufgrund einer Beschädigung wegen einer Erweichung, Dehnung und Schrumpfung, und das im Stande ist, ein Oberflächenstrukturmuster auszubilden, das über runde Ecken einer nicht ebenen Oberfläche eines ausgeformten Produkts tritt.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster bereitgestellt. Das Verfahren weist auf: Bereitstellen einer Prägungsvorlage, welche ein Oberflächenstrukturmuster aufweist; Aufbringen eines aushärtbaren Materials auf einen flexiblen Film; Prägen des aushärtbaren Materials auf dem flexiblen Film unter Verwendung der Prägungsvorlage, um das Oberflächenstrukturmuster auf das aushärtbare Material zu übertragen; Aushärten des geprägten aushärtbaren Materials auf dem flexiblen Film, um auf dem flexiblen Film ein mit einem Muster versehenes und ausgehärtetes Material auszubilden, welches das Oberflächenstrukturmuster aufweist; Aufbringen und in Übereinstimmung bringen des flexiblen Films mit einer nicht ebenen Oberfläche eines Modells, so dass das mit einem Muster versehene und ausgehärtete Material nach außen zeigt; Ausbilden eines dünnen Metallfilms auf dem bzw. über dem mit einem Muster versehenen und ausgehärteten Material; Elektroformen bzw. Galvanoformen einer Metallschicht über bzw. auf dem dünnen Metallfilm, um auf dem dünnen Metallfilm ein Formwerkzeug der Metallschicht auszubilden, welches das Oberflächenstrukturmuster aufweist; und Entfernen des Formwerkzeugs von dem dünnen Metallfilm.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Formwerkzeug bereitgestellt, das einen Schalenkörper mit einer Innenwand aufweist, die mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster ausgebildet ist und die eine Hauptseite und eine Mehrzahl von lateralen Seiten aufweist, wobei jede mit der Hauptseite zusammenwirkt, um eine runde Ecke dazwischen zu definieren. Das dreidimensionale Oberflächenstrukturmuster bietet einen Hologrammeffekt, erstreckt sich von der Hauptseite zu jeder der lateralen Seiten und tritt über eine entsprechende der runden Ecken, die von der Hauptseite und den lateralen Seiten definiert werden.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen der Erfindung dar:
-
1 ist ein Flussdiagramm der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Formwerkzeugs mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster gemäß dieser Erfindung; -
2A bis2K sind schematische Ansichten zur Darstellung aufeinanderfolgender Schritte der ersten bevorzugten Ausführungsform; -
3A bis3C sind Fotos eines Formwerkzeugs, die von der ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung hergestellt wurden; -
4 ist ein Foto einer Kunststoffhülle, die mittels Spritzguss unter Verwendung eines Formwerkzeugs hergestellt wurde, das gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung ausgebildet wurde; und -
5A bis5F sind schematische Ansichten zur Darstellung aufeinanderfolgender Schritte zur Ausbildung einer Prägungsvorlage der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
1 und2A bis2K stellen aufeinanderfolgende Schritte der ersten bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Formwerkzeugs29 mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster dar (wie beispielsweise ein Hologrammmuster oder ein lichtbrechendes Oberflächenstrukturmuster, das ein Muster von Mikrostrukturen enthält, wobei jede Mikrostruktur hier mit einer Größenordnung im Bereich von Mikrometern oder Nanometern definiert ist), zur Herstellung eines dreidimensional geformten Produkts bzw. Artikels (nicht gezeigt), wie beispielsweise einer Hülle für ein Handy, das ein dreidimensionales Oberflächenstrukturmuster aufweist. - Das Verfahren der ersten bevorzugten Ausführungsform weist auf: Aufbringen eines Fotoresistmaterials
22 auf ein Substrat21 einer Metallplatte (vergleiche2A ); Ausbilden eines Oberflächenstrukturmusters in dem Fotoresistmaterial22 unter Verwendung einer Fotomaske23 mittels Fotolithografietechniken (vergleiche2A und2B ); Elektroformen bzw. Galvanoformen eines Metallfilms auf dem mit einem Muster versehenen Fotoresistmaterial22 , um eine Prägungsvorlage24 , welche das Oberflächenstrukturmuster aufweist, auf dem mit einem Muster versehenen Fotoresistmaterial22 auszubilden (vergleiche2C ); Entfernen der Prägungsvorlage24 von dem mit einem Muster versehenen Fotoresistmaterial22 (vergleiche2D ); Aufbringen eines aushärtbaren Materials25 auf einen flexiblen Film26 (vergleiche2E ); Heißprägen des aushärtbaren Materials25 auf dem flexiblen Film26 unter Verwendung der Prägungsvorlage24 , um das Oberflächenstrukturmuster auf das aushärtbare Material25 zu übertragen (vergleiche2F ); Entfernen des flexiblen Films26 gemeinsam mit dem geprägten aushärtbaren Material25 von der Prägungsvorlage24 (vergleiche2G ); Aushärten des geprägten aushärtbaren Materials25 auf dem flexiblen Film26 , um auf dem flexiblen Film26 ein mit einem Muster versehenes und ausgehärtetes Material25 , welches das Oberflächenstrukturmuster aufweist, auszubilden; Erweichen des flexiblen Films26 mittels Erwärmung und Dehnen des flexiblen Films26 ; Anbringen und in Übereinstimmung bringen des flexiblen Films26 mit einer nicht ebenen Oberfläche271 eines Modells27 des auszuformenden Artikels bzw. Produkts (nicht gezeigt), so dass das mit einem Muster versehene und ausgehärtete Material25 nach außen zeigt (vergleiche2H ), wobei das Modell aus Metall gefertigt ist; Ausbilden eines dünnen Metallfilms28 auf dem mit einem Muster versehenen und ausgehärteten Material25 (vergleiche2I ) mittels Oberflächenmetallisierungstechniken (wie beispielsweise Dampfmetallisierungs- oder Sprühtechniken) zur nachfolgenden Verarbeitung; Elektroausbilden einer Metallschicht auf dem dünnen Metallfilm28 auf dem mit einem Muster versehenen und ausgehärteten Material25 auf dem flexiblen Film26 an dem Modell27 , um auf dem dünnen Metallfilm28 ein Formwerkzeug29 der Metallschicht, welches das Oberflächenstrukturmuster aufweist, auszubilden (vergleiche2J ); und Entfernen des Formwerkzeugs29 von dem dünnen Metallfilm28 (vergleiche2K ). - Es sei bemerkt, dass Elektroformen eine bekannte und entwickelte Technik im Stand der Technik ist. Folglich werden Details der Bearbeitung des Elektroformens der Prägungsvorlage
24 und des Formwerkzeugs29 der Metallschicht zum Zweck einer knappen Darstellung hier nicht näher beschrieben. - Vorzugsweise ist das aushärtbare Material ein fotoempfindliches Material und ist noch bevorzugter ein mittels UV aushärtbarer Klebstoff.
- Der flexible Film
26 weist vorzugsweise eine Dicke von weniger als 3 mm auf und ist vorzugsweise aus einem Material gefertigt, das ausgewählt ist aus Polycarbonat, Poly-(Methyl-Methacrylat) und Poly-(Ethylen-Terephthalat). - Mit Bezug auf die
2G und2H weist in der bevorzugten Ausführungsform die nicht ebene Oberfläche271 des Modells27 eine Hauptseite2711 und eine Mehrzahl von lateralen Seiten 2712 auf, wobei jede mit der Hauptseite2711 zusammenwirkt, um eine runde Ecke2713 dazwischen auszubilden. Der flexible Film26 wickelt sich um die runden Ecken2713 , die von der Hauptseite und den lateralen Seiten2712 definiert werden, wenn dieser an die nicht ebene Oberfläche271 des Modells27 angebracht wird. - Mit Bezug auf die
2K weist in der bevorzugten Ausführungsform das so ausgebildete Formwerkzeug29 einen Schalenkörper29' mit einer Innenwand290 auf, die mit dem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster ausgebildet ist und die eine Hauptseite291 und eine Mehrzahl von lateralen Seiten292 aufweist, wobei jede mit der Hauptseite291 zusammenwirkt, um eine runde Ecke293 dazwischen zu definieren. Das dreidimensionale Oberflächenstrukturmuster hat eine starke lichtbrechende Wirkung (oder einen Hologrammeffekt), erstreckt sich von der Hauptseite291 zu jeder der lateralen Seiten292 und tritt über die runden Ecken293 , die von der Hauptseite291 und den lateralen Seiten292 definiert werden. - Die
3A bis3C sind Fotos des Formwerkzeugs29 , das mit dem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster gemäß dem Verfahren dieser Erfindung ausgebildet ist. -
4 zeigt ein Foto einer transparenten Kunststoffhülle, die mittels herkömmlicher Spritzgusstechniken unter Verwendung des Formwerkzeugs29 , das mittels des Verfahrens dieser Erfindung ausgebildet wurde, hergestellt wurde. Das dreidimensionale Oberflächenstrukturmuster wird von dem Formwerkzeug29 zur Kunststoffhülle übertragen. - Die
5A bis5F stellen aufeinanderfolgende Schritte zur Ausbildung der Prägungsvorlage der zweiten bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens dieser Erfindung dar. Die zweite bevorzugte Ausführungsform unterscheidet sich von der vorangegangenen Ausführungsform darin, dass die Prägungsvorlage24 , die in der zweiten bevorzugten Ausführungsform angewendet wird, zwei unterschiedliche Oberflächenstrukturmuster aufweist und darin, dass eine Bereitstellung der Prägungsvorlage24 mittels der folgenden Schritte ausgeführt wird: Aufbringen eines Fotoresistmaterials22 auf eine Oberfläche eines Substrats21 einer Metallplatte (vergleiche5A ); Ausbilden eines ersten Oberflächenstrukturmusters in dem Fotoresistmaterial22 unter Verwendung einer Fotomaske233 mittels Fotolithografietechniken (vergleiche5A und5B ); Ausbilden eines dünnen Metallfilms von Kupfer51 auf der Oberfläche des Substrats21 über Elektroplattierungstechniken bzw. Galvanotechniken (vergleiche5C ) zum nachfolgenden Elektroformen bzw. Galvanoformen; Elektroformen bzw. Galvanoformen einer Metallschicht52 von Nickel oder Kupfer auf dem dünnen Metallfilm51 (vergleiche5D ), wobei die Metallschicht52 eine obere Fläche aufweist, die im Wesentlichen bündig mit einer oberen Fläche des Fotoresistmaterials22 ist; Ausbilden eines zweiten Oberflächenstrukturmusters (das in der Form eines haarlinienförmigen Musters vorliegt) auf der Metallschicht52 (vergleiche5E ) mittels Polieren der Metallschicht52 unter Verwendung einer Haarlinien-Oberflächenpoliermaschine (nicht gezeigt); und Entfernen des Fotoresistmaterials22 von der Oberfläche21 , um die Prägungsvorlage24 auszubilden, welche das erste und zweite Oberflächenstrukturmuster darauf aufweist (5F ). Es sei bemerkt, dass der vorgenannte Schritt des Ausbildens des dünnen Metallfilms51 auf dem Substrat21 ausgelassen werden kann, und dass die Metallschicht52 direkt auf dem Substrat21 für eine nachfolgende Verarbeitung ausgebildet werden kann. - Durch Ausbilden des Oberflächenstrukturmusters bzw. der Oberflächenstrukturmuster in dem aushärtbaren Material
25 auf dem flexiblen Film26 (vergleiche2F ) gemäß dem Verfahren dieser Erfindung, können die oben beschriebenen Nachteile bezüglich einer Verformung und einer Beschädigung des Oberflächenstrukturmusters, wie es im Stand der Technik vorkommt, eliminiert werden, und das auf diese Weise ausgebildete Formwerkzeug29 kann einen geformtes Produkt herstellen, das ein dreidimensionales Oberflächenstrukturmuster aufweist, das über runde Ecke des geformten Produkts tritt. - Während die vorliegende Erfindung im Zusammenhang mit als praktisch und bevorzugt angesehenen Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern es ist beabsichtigt, dass diese verschiedene Anordnungen, die im Geist und Gegenstand der weitesten Auslegung enthalten sind, abdeckt, damit diese all jene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfasst.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
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- US 5071597 [0003]
- US 5,071,597 [0005]
Claims (10)
- Verfahren zur Herstellung eines Formwerkzeugs mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen einer Prägungsvorlage, welche ein Oberflächenstrukturmuster aufweist; Aufbringen eines aushärtbaren Materials auf einen flexiblen Film; Prägen des aushärtbaren Materials auf dem flexiblen Film unter Verwendung der Prägungsvorlage, um das Oberflächenstrukturmuster auf das aushärtbare Material zu übertragen; Aushärten des geprägten aushärtbaren Materials auf dem flexiblen Film, um auf dem flexiblen Film ein mit einem Muster versehenes und ausgehärtetes Material auszubilden, das das Oberflächenstrukturmuster aufweist; Anbringen und in Übereinstimmung bringen des flexiblen Films mit einer nicht ebenen Oberfläche eines Modells, so dass das mit einem Muster versehene und ausgehärtete Material nach außen zeigt; Ausbilden eines dünnen Metallfilms auf dem mit einem Muster versehenen und ausgehärteten Material; Elektroformen einer Metallschicht auf dem dünnen Metallfilm, um auf dem dünnen Metallfilm ein Formwerkzeug der Metallschicht, welches das Oberflächenstrukturmuster aufweist, auszubilden; und Entfernen des Formwerkzeugs von dem dünnen Metallfilm.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der flexible Film bei Aufbringung auf die nicht ebene Oberfläche des Modells erweicht und gedehnt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das aushärtbare Material ein UV-aushärtbarer Klebstoff ist.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der flexible Film aus einem Material gefertigt ist, das ausgewählt ist aus, Polycarbonat, Poly-(Methyl-Methacrylat), und Poly-(Ethylen-Terephthalat).
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die nicht ebene Oberfläche des Modells eine Hauptseite und eine Mehrzahl von lateralen Seiten aufweist, wobei jede mit der Hauptseite zusammenwirkt, um eine runde Ecke dazwischen auszubilden, wobei der flexible Film sich bei Aufbringung auf die nicht ebene Oberfläche des Modells um die runden Ecken, die von der Hauptseite und den lateralen Seiten definiert werden, wickelt.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Herstellung der Prägungsvorlage durch Aufbringen eines Fotoresistmaterials auf ein Substrat, Ausbilden des Oberflächenstrukturmuster in dem Fotoresistmaterial unter Verwendung von Fotolithografietechniken, Elektroformen eines Metallfilms auf dem mit einem Muster versehenen Fotoresistmaterial, um die Prägungsvorlage auszubilden, und Entfernen der Prägungsvorlage von dem mit einem Muster versehenen Fotoresistmaterial durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Bereitstellung der Prägungsvorlage durch Aufbringen eines Fotoresistmaterials auf ein Substrat, Ausbilden eines ersten Oberflächenstrukturmusters in dem Fotoresistmaterial unter Verwendung von Fotolithografietechniken, Elektroformen einer Metallschicht auf dem Substrat, Ausbilden eines zweiten Oberflächenstrukturmusters auf der Metallschicht mittels Polierens der Metallschicht, und Entfernen des Fotoresistmaterials von der Oberfläche, um die Prägungsvorlage auszubilden, welche das erste und zweite Oberflächenstrukturmuster darauf aufweist, durchgeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Bereitstellung der Prägungsvorlage ferner Ausbilden eines dünnen Metallfilms auf dem Substrat zum nachfolgenden Elektroformen der Metallschicht enthält.
- Formwerkzeug, das einen Schalenkörper mit einer Innenwand aufweist, die mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster ausgebildet ist und die eine Hauptseite und eine Mehrzahl von lateralen Seiten aufweist, wobei jede mit der Hauptseite zusammenwirkt, um eine runde Ecke dazwischen zu definieren, wobei das dreidimensionale Oberflächenstrukturmuster über die runden Ecken tritt, die von der Hauptseite und den lateralen Seiten definiert werden, wobei das Formwerkzeug mit dem Verfahren hergestellt ist, das in Anspruch 1 definiert ist.
- Formwerkzeug, das einen Schalenkörper mit einer Innenwand aufweist, die mit einem dreidimensionalen Oberflächenstrukturmuster ausgebildet ist und die eine Hauptseite und eine Mehrzahl von lateralen Seiten aufweist, wobei jede davon mit der Hauptseite zusammenwirkt, um eine runde Ecke dazwischen zu definieren, wobei das dreidimensionale Oberflächenstrukturmuster einen Hologrammeffekt hat, sich von der Hauptseite zu jeder der lateralen Seiten erstreckt und über die runden Ecken, die von der Hauptseite und den lateralen Seiten definiert werden, tritt.
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