DE202022106292U1 - tool and workpiece - Google Patents

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Abstract

Werkzeug (10), insbesondere Stanz- oder Umformwerkzeug, strukturiert nach einem Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs (10) für die Bearbeitung eines Werkstücks (12), insbesondere eines Stanz- oder Umformwerkzeugs,
bei dem ein metallischer Werkzeugrohling (11) in einer Laserbearbeitungsvorrichtung (14) bereitgestellt wird und
die Laserbearbeitungsvorrichtung (14) den Werkzeugrohling (11) an einer Werkzeugoberfläche (13) mittels Interferenz von mindestens zwei Laserstrahlen (17, 18, 26) strukturiert,
wobei die mindestens zwei Laserstrahlen (17, 18, 26) zumindest zeitweise Pulsdauern von höchstens 15 ps aufweisen und
wobei durch die Strukturierung auf der Werkzeugoberfläche (13) ein Werkzeugprofil (20) mit mindestens einer Vertiefung (22) erzeugt wird.

Figure DE202022106292U1_0000
Tool (10), in particular a stamping or forming tool, structured according to a method for producing a tool (10) for machining a workpiece (12), in particular a stamping or forming tool,
in which a metallic tool blank (11) is provided in a laser processing device (14) and
the laser processing device (14) structures the tool blank (11) on a tool surface (13) by means of interference of at least two laser beams (17, 18, 26),
wherein the at least two laser beams (17, 18, 26) at least at times have pulse durations of at most 15 ps and
a tool profile (20) with at least one depression (22) being produced by the structuring on the tool surface (13).
Figure DE202022106292U1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Werkzeug und ein Werkstück.The invention relates to a tool and a workpiece.

Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, ein Werkstück, insbesondere ein metallisches Werkstück wie etwa ein Bauteil, mit einer Topographie im unteren Mikro- und/oder im Nanometerbereich zumindest teilweise zu strukturieren. In dieser Größenordnung sind eine Vielzahl biologischer Oberflächen strukturiert, die jeweils ganz eigene funktionelle Oberflächeneigenschaften hervorbringen, wie z.B. veränderte Benetzung (Lotus, Dornteufel), Farbeffekte (Schuppen der Schmetterlingsflügel), reduzierte Reibung (Haifisch-Haut), reduzierte Anhaftung/aktives Töten von Keimen und Krankheitserregern (Flügel der Zikade und Libelle). Die Topographien in dieser Größenordnung werden daher auch als biomimetische Topographien bezeichnet. Viele dieser Oberflächeneigenschaften werden neben der Topographie der Oberfläche selbst ebenso von der Oberflächenchemie beeinflusst.The invention is concerned with the task of at least partially structuring a workpiece, in particular a metallic workpiece such as a component, with a topography in the lower micron and/or nanometer range. A large number of biological surfaces are structured on this scale, each of which produces its own functional surface properties, such as altered wetting (lotus, thorny devil), color effects (butterfly wing scales), reduced friction (shark skin), reduced adhesion/active killing of germs and pathogens (cicada and dragonfly wings). The topographies of this magnitude are therefore also referred to as biomimetic topographies. In addition to the topography of the surface itself, many of these surface properties are also influenced by the surface chemistry.

Im Rahmen der industriellen Oberflächenstrukturierung von Werkstücken mit Topographien in der genannten Größenordnung ist es derzeit nur möglich, die Werkstücke unmittelbar mittels mindestens zweier miteinander interferierender Laserstrahlen zu bearbeiten. Durch diese im Wesentlichen thermische Bearbeitungsform erfährt die Oberfläche des Werkstücks bei der Bearbeitung neben der topographischen zusätzlich eine chemische Modifikation, die der gewünschten Funktion oder Weiterverarbeitung des Werkstücks entgegen wirken kann. Insofern kann die gewünschte Funktionalisierung der Werkstückoberfläche mittels der direkten Bearbeitung durch die interferierenden Laserstrahlen nicht immer gewährleistet werden, insbesondere im Falle metallischer Werkzeuge, da hier aufgrund der elektromagnetischen Absorptionseigenschaften von Metallen die thermische Wirkung der Laserstrahlung besonders ausgeprägt ist.In the context of the industrial surface structuring of workpieces with topographies of the order of magnitude mentioned, it is currently only possible to process the workpieces directly using at least two laser beams interfering with one another. As a result of this essentially thermal form of processing, the surface of the workpiece undergoes a chemical modification in addition to the topographical modification during processing, which can counteract the desired function or further processing of the workpiece. In this respect, the desired functionalization of the workpiece surface cannot always be guaranteed by means of direct processing by the interfering laser beams, especially in the case of metallic tools, since the thermal effect of the laser radiation is particularly pronounced here due to the electromagnetic absorption properties of metals.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Werkzeug zu entwickeln, mit dem eine verbesserte Oberflächentopographie des Werkstücks in der industriellen Anwendung erhaltbar ist, insbesondere mit dem eine mikro- und/oder nanoskalige topographische Oberflächenfunktionalisierung des Werkstücks realisierbar wird, die erweiterte Gestaltungsmöglichkeiten bei reduzierter thermischer und chemischer Werkstückbeeinflussung im Vergleich zur unmittelbaren Bearbeitung mittels Laserinterferenz ermöglicht. Entsprechendes gilt für das insofern bearbeitete Werkstück selbst.The object of the invention is therefore to develop a tool with which an improved surface topography of the workpiece can be obtained in industrial use, in particular with which a micro- and / or nanoscale topographical surface functionalization of the workpiece can be realized, the extended design options with reduced thermal and chemical influence on the workpiece compared to direct processing using laser interference. The same applies to the processed workpiece itself.

Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Werkzeug gemäß Anspruch 1 und durch ein Werkstück gemäß Anspruch 14.The object of the invention is achieved by a tool according to claim 1 and by a workpiece according to claim 14.

Das erfindungsgemäße Werkzeug ist derart nach einem Verfahren zur Herstellung desselben strukturiert, dass ein metallischer Werkzeugrohling in einer Laserbearbeitungsvorrichtung bereitgestellt wird und die Laserbearbeitungsvorrichtung den Werkzeugrohling an einer Werkzeugoberfläche mittels Interferenz von mindestens zwei Laserstrahlen strukturiert, wobei die mindestens zwei Laserstrahlen zumindest zeitweise Pulsdauern von höchstens 15 ps aufweisen und wobei durch die Strukturierung auf der Werkzeugoberfläche ein Werkzeugprofil mit mindestens einer Vertiefung erzeugt wird.The tool according to the invention is structured according to a method for producing the same in such a way that a metallic tool blank is provided in a laser processing device and the laser processing device structures the tool blank on a tool surface by means of interference of at least two laser beams, the at least two laser beams at least temporarily having pulse durations of at most 15 ps have and wherein a tool profile with at least one recess is generated by the structuring on the tool surface.

Das erfindungsgemäße Werkstück ist mit einem erfindungsgemäßen Werkzeug bearbeitet, wobei das Werkstück mittels des Werkzeugs zumindest bereichsweise plastisch verformt wird und dabei mit einem Werkstückprofil versehen wird, das zumindest bereichsweise zu dem Werkzeugprofil korrespondiert.The workpiece according to the invention is machined with a tool according to the invention, the workpiece being plastically deformed at least in regions by means of the tool and being provided with a workpiece profile that corresponds at least in regions to the tool profile.

Die Erfindung basiert auf dem Grundgedanken, dass in Abkehr von der bereits bekannten unmittelbaren Strukturierung des Werkstücks mittels der interferierenden Laserstrahlung nunmehr zunächst das Werkzeug durch die beschriebene Strukturierung hergestellt wird und dann, in einem nächsten Schritt, eine Strukturierung des Werkstücks selbst erfolgen kann. Wesentlicher Kern der Erfindung ist, dass eine Wechselwirkung der Laserstrahlung mit der letztendlich zu strukturierenden Werkstückoberfläche vermieden wird, so dass die aus dem Stand der Technik bekannte, nachteilige chemische Modifikation der Werkstückoberfläche ausbleibt, gleichwohl deren gewünschte Funktionalität erhalten bleibt bzw. überhaupt erst gewährleistet werden kann. Die Erfindung nutzt die Strukturierung der Werkstückoberfläche, insbesondere einer metallischen Substratoberfläche, beispielsweise im unteren Mikro- und/oder Nanometerbereich durch plastische Verformung, welche sich gerade nicht auf die Oberflächenchemie auswirkt. Somit wird lediglich die Topographie des metallischen Substrates modifiziert, ohne die grundlegende chemische Interaktion mit in Kontakt tretenden Stoffen, z.B. Benetzung durch Wasser oder Öle, zu beeinflussen. Die vorliegende Erfindung macht eine bis dato nicht realisierbare rein topographische Oberflächenfunktionalisierung für die industrielle Anwendung zugänglich, die sich insbesondere für eine Weiterverarbeitung der Oberflächen via Galvanisierung, PVD, etc. eignet.The invention is based on the basic idea that, moving away from the already known direct structuring of the workpiece by means of the interfering laser radiation, the tool is now first produced by the structuring described and then, in a next step, the workpiece itself can be structured. The essential core of the invention is that an interaction of the laser radiation with the workpiece surface that is ultimately to be structured is avoided, so that the disadvantageous chemical modification of the workpiece surface known from the prior art does not occur, although its desired functionality is retained or can be guaranteed in the first place . The invention uses the structuring of the workpiece surface, in particular a metallic substrate surface, for example in the lower micron and/or nanometer range by plastic deformation, which does not affect the surface chemistry. Thus, only the topography of the metallic substrate is modified without affecting the basic chemical interaction with substances in contact, e.g. wetting by water or oils. The present invention makes a previously unfeasible purely topographical surface functionalization accessible for industrial use, which is particularly suitable for further processing of the surfaces via electroplating, PVD, etc.

Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, dass durch die im Rahmen der Erfindung erfolgte, im Wesentlichen plastische Bearbeitung des Werkstücks keine nennenswerte chemische Modifikation des Werkstücks stattfindet, wie sie bislang mit den bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik zwingend einherging. Beispielsweise hat sich nach Studien der Anmelderin gezeigt, dass sich die Benetzungseigenschaften eines erfindungsgemäßen Werkstücks deutlich von den Benetzungseigenschaften eines mittels direkter Laserinterferenzstrukturierung bearbeiteten Werkstücks unterscheiden, was auf die Vermeidung einer chemischen Oberflächenmodifikation im Falle der Erfindung zurückzuführen ist.Investigations by the applicant have shown that the essentially plastic machining of the workpiece carried out within the scope of the invention does not result in any significant chemical modification of the workpiece, as was previously the case with the known methods from the prior art. For example, studies by the applicant have shown that the wetting properties of a workpiece according to the invention differ significantly from the wetting properties of a workpiece processed by means of direct laser interference structuring, which can be attributed to the avoidance of chemical surface modification in the case of the invention.

Ein weiterer Grundgedanke der Erfindung ist, dass durch die Verwendung von miteinander interferierender Laserstrahlen zur Herstellung des Werkzeugs durch dessen Strukturierung eine große Werkzeugoberfläche in kurzer Zeit bearbeitet werden kann, so dass im Ergebnis die Prozesseffizienz des Verfahrens verbessert ist. Insbesondere kann das Werkzeug in kurzer Bearbeitungszeit mit einer vollflächigen Oberflächenstrukturierung im Mikro- und/oder Nanometerskalenbereich versehen werden, was gegenüber anderer bestehender hochpräziser Bearbeitungsverfahren, wie fokussierter Laser- oder Ionenstrahlung, zu einer deutlich höheren Prozesseffizienz und damit niedrigeren Werkzeugkosten führt. Dieser Vorteil ist insbesondere im Vergleich gegenüber einer Strukturierung des Werkzeugs mit lediglich einem einzigen Laserstrahl ersichtlich, der aufwändig die gesamte zu strukturierende Werkzeugoberfläche entlang gelenkt werden muss, was das Verfahren mühselig und langsam macht.Another basic idea of the invention is that the use of mutually interfering laser beams for manufacturing the tool by structuring it allows a large tool surface to be processed in a short time, with the result that the process efficiency of the method is improved. In particular, the tool can be provided with a full-surface surface structure in the micro and/or nanometer scale range in a short processing time, which leads to a significantly higher process efficiency and thus lower tool costs compared to other existing high-precision processing methods such as focused laser or ion beams. This advantage is particularly evident in comparison to structuring the tool with only a single laser beam, which has to be directed along the entire tool surface to be structured, which is laborious and slow.

Weitere Vorteile gegenüber der unmittelbaren Strukturierung der Werkstücke sind zudem insbesondere eine höhere Vielfalt an möglichen Topographiegeometrien der Werkstücke, beispielsweise durch partielles Abformen mit niedrigem Kontaktdruck und Mehrfachprägen mit variabler Strukturierung des Werkzeugs, sowie der niedrigeren Prozesszeit für Strukturen mit hoher Tiefe bzw. Aspektverhältnis. Insbesondere die letztgenannte Strukturform kann bei einem rein ablativen Laserverfahren mitunter zu sehr langen Prozesszeiten führen, während das Prägen diese in einem Hub realisieren kann.Further advantages compared to the direct structuring of the workpieces are in particular a greater variety of possible topographical geometries of the workpieces, for example through partial molding with low contact pressure and multiple embossing with variable structuring of the tool, as well as the lower process time for structures with high depth or aspect ratio. In particular, the latter structural form can sometimes lead to very long process times in a purely ablative laser process, while embossing can achieve this in one stroke.

Da die Bearbeitung des Werkstücks durch das strukturierte Werkzeug und nicht mehr wie bei den bekannten Verfahren unmittelbar mittels Laserstrahlung erfolgt, wird auch eine deutliche Verbesserung des Arbeitsschutzes in der industriellen Anwendung erzielt.Since the workpiece is processed by the structured tool and no longer directly by means of laser radiation, as is the case with the known methods, a significant improvement in occupational safety in industrial applications is also achieved.

Durch die Verwendung von Laserpulsen mit einer zeitlichen Pulsdauer von höchstens 15 ps werden thermische Effekte bei der Wechselwirkung zwischen der Laserstrahlung und der Werkzeugoberfläche größtenteils vermieden, was insbesondere die Entstehung von Schmelzen und thermisch induzierten Materialschäden, insbesondere Spannungsrissen, verhindert. Es ist bekannt, dass bei kürzeren Pulsdauern thermische Effekte zunehmend vernachlässigt werden und das Werkzeug zunehmend mechanisch bearbeitet wird. Dieser Effekt wird daher auch als kalte Ablation bezeichnet. Unter diesem Gesichtspunkt kann vorgesehen sein, dass die zeitliche Pulsdauer der Laserstrahlen höchstens 10 ps beträgt, so dass noch weniger thermische Effekte auftreten. Daneben wird die Genauigkeit der Struktur verbessert. Aus dem gleichen Grund ist höchst vorzugsweise vorgesehen, dass die zeitliche Pulsdauer der Laserstrahlung höchstens 1 ps beträgt, wodurch eine noch bessere Oberflächenqualität der Werkzeugstrukturierung erhalten werden kann. Vorzugsweise ist eine zeitliche Pulsdauer zwischen 100 fs und 15 ps, insbesondere zwischen 100 fs und 1 ps vorgesehen. Weiterhin kann die Leistung der Laserstrahlung zwischen 1 W und 500 W betragen und/oder die Energie der Pulse der Laserstrahlung kann zwischen 10 µJ und 100 mJ betragen. Bei der Erzeugung der Strukturierung können zwischen 10 bis 1000 Einzelpulse in einem räumlichen Bereich überlagert werden, um hohe Strukturaspektverhältnisse durch einen entsprechend hohen Materialabtrag zu erhalten.By using laser pulses with a maximum pulse duration of 15 ps, thermal effects in the interaction between the laser radiation and the tool surface are largely avoided, which in particular prevents the occurrence of melting and thermally induced material damage, in particular stress cracks. It is known that with shorter pulse durations, thermal effects are increasingly neglected and the tool is increasingly processed mechanically. This effect is therefore also referred to as cold ablation. From this point of view, it can be provided that the temporal pulse duration of the laser beams is at most 10 ps, so that even fewer thermal effects occur. Besides, the accuracy of the structure is improved. For the same reason, it is most preferably provided that the temporal pulse duration of the laser radiation is at most 1 ps, as a result of which an even better surface quality of the tool structuring can be obtained. A pulse duration of between 100 fs and 15 ps, in particular between 100 fs and 1 ps, is preferably provided. Furthermore, the power of the laser radiation can be between 1 W and 500 W and/or the energy of the pulses of the laser radiation can be between 10 μJ and 100 mJ. When creating the structuring, between 10 and 1000 individual pulses can be superimposed in a spatial area in order to obtain high structure aspect ratios through a correspondingly high material removal.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zur Strukturierung des Werkzeugs genau zwei miteinander interferierende Laserstrahlen verwendet werden. Eine Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass drei miteinander interferierende Laserstrahlen verwendet werden, wodurch beispielsweise eine Strukturierung des Werkzeugs mit Vertiefungen in einem hexagonalen Muster erzeugbar ist. Die Strukturierung weist in diesem Fall drei Achsen entlang der Oberfläche auf, entlang derer die Vertiefungen jeweils in einer lateralen Periode angeordnet sind, wobei im Sinne der Erfindung bei dem hexagonalen Muster die lateralen Perioden für die drei Achsen jeweils identisch sind. Daneben kann vorgehen sein, dass vier miteinander interferierende Laserstrahlen verwendet werden, um ein quadratisches Muster der Vertiefungen bei der Strukturierung des Werkzeugs zu erzeugen. Schließlich kann vorgesehen sein, dass höchstens neun miteinander interferierende Laserstrahlen verwendet werden.Furthermore, it can be provided that precisely two laser beams interfering with one another are used to structure the tool. A further development of the invention provides that three laser beams interfering with one another are used, as a result of which a structuring of the tool with indentations in a hexagonal pattern can be produced, for example. In this case, the structuring has three axes along the surface, along which the indentations are each arranged in a lateral period, the lateral periods for the three axes being identical for the purposes of the invention in the case of the hexagonal pattern. In addition, the procedure can be that four laser beams interfering with one another are used in order to produce a square pattern of the depressions when structuring the tool. Finally, it can be provided that at most nine laser beams interfering with one another are used.

Das Werkzeug kann ein Stanz- oder Umformwerkzeug sein, wobei entsprechend die Bearbeitung des Werkstücks ein Stanz- oder Umformverfahren, insbesondere ein Prägeverfahren, sein kann.The tool can be a stamping or forming tool, in which case the processing of the workpiece can be a stamping or forming process, in particular an embossing process.

Vorzugsweise wird die mindestens eine Vertiefung mit einer Abmessung, insbesondere mit einer Tiefe gegenüber einem unstrukturierten Bereich der Werkzeugoberfläche zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, erzeugt. In weiteren Ausführungsformen der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Abmessung der Vertiefung deren Länge in x- und/oder y-Richtung entspricht, wobei im Sinne der Erfindung bei mehreren Vertiefungen die y-Richtung der Versatzrichtung der Vertiefungen entspricht, während die x-Richtung senkrecht hierzu angeordnet ist. Die x- und die y-Richtungen stehen jeweils senkrecht zur Normale der Werkzeugoberfläche und erstrecken sich damit jeweils entlang der Werkzeugoberfläche. Als Abmessung kann im Sinne der Erfindung auch eine Kombination der x- und der y-Richtung bezeichnen, die insofern einer allgemein lateralen Richtung entspricht.The at least one depression is preferably produced with a dimension, in particular with a depth in relation to an unstructured area of the tool surface, of between 10 nm and 50 μm, in particular between 100 nm and 15 μm. In further embodiments of the invention it can be provided that the dimension of the recess corresponds to its length in the x- and/or y-direction, with the y-direction of the offset direction of the Corresponds to depressions, while the x-direction is arranged perpendicularly thereto. The x and y directions are each perpendicular to the normal of the tool surface and thus each extend along the tool surface. Within the meaning of the invention, a combination of the x and y directions can also be designated as a dimension, which to this extent corresponds to a generally lateral direction.

Vorzugsweise werden zumindest zwei Vertiefungen mit im Wesentlichen identischen Abmessungen, insbesondere mit im Wesentlichen identischen Tiefen erzeugt. Im Sinne der Erfindung weisen zwei Abmessungen im Wesentlichen identische Abmessungen auf, wenn deren Abweichungen nicht über die in vergleichbaren Verfahren übliche Bearbeitungstoleranz hinausgehen. Mindestens zwei benachbarte Vertiefungen können in einem Abstand von 10 nm bis 50 µm, insbesondere 100 nm bis 15 µm, angeordnet werden. Durch das insofern strukturierte Werkzeug lassen sich auf dem Werkstück Strukturgeometrien in der Größenordnung zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, in einer industriell relevanten Prozessgeschwindigkeit bei gleichzeitig gewährleisteter Reproduzierbarkeit realisieren.At least two depressions with essentially identical dimensions, in particular with essentially identical depths, are preferably produced. Within the meaning of the invention, two dimensions have essentially identical dimensions if their deviations do not exceed the machining tolerance that is customary in comparable methods. At least two adjacent depressions can be arranged at a distance of 10 nm to 50 μm, in particular 100 nm to 15 μm. With the tool structured in this respect, structural geometries in the range between 10 nm and 50 μm, in particular between 100 nm and 15 μm, can be realized on the workpiece at an industrially relevant process speed while at the same time ensuring reproducibility.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest eine Gruppe von Vertiefungen in einem periodischen Muster auf der Werkzeugoberfläche erzeugt wird, da diese Struktur besonders einfach mittels der miteinander interferierenden Laserstrahlen erzeugbar ist. Im Kontext der vorliegenden Erfindung bezeichnet die Periode den Abstand zwischen zwei identischen Strukturmerkmalen unterschiedlicher Vertiefungen des periodischen Musters, also beispielsweise den Abstand zwischen dem Beginn einer ersten Vertiefung des periodischen Musters und dem Beginn der benachbarten Vertiefung des gleichen periodischen Musters. Alternativ oder zusätzlich kann die Periode im Sinne der Erfindung den Abstand zwischen einem Mittelpunkt der ersten Vertiefung des periodischen Musters zu dem Mittelpunkt der hierzu benachbarten Vertiefung des gleichen periodischen Musters bezeichnen. Da die Vertiefungen des periodischen Musters lateral versetzt sind, wird im Sinne der Erfindung auch von der lateralen Periode gesprochen, die wie bereits gesagt den Abstand wiederkehrender Strukturmerkmale benachbarter Vertiefungen des periodischen Musters bezeichnet.Provision is preferably made for at least one group of indentations to be produced in a periodic pattern on the tool surface, since this structure can be produced particularly easily by means of the laser beams interfering with one another. In the context of the present invention, the period designates the distance between two identical structural features of different depressions of the periodic pattern, ie for example the distance between the beginning of a first depression of the periodic pattern and the beginning of the adjacent depression of the same periodic pattern. Alternatively or additionally, the period in the sense of the invention can denote the distance between a center point of the first depression of the periodic pattern and the center point of the depression of the same periodic pattern that is adjacent thereto. Since the indentations of the periodic pattern are laterally offset, the term "lateral period" is also used within the meaning of the invention, which, as already stated, designates the distance between recurring structural features of adjacent indentations in the periodic pattern.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Gruppe von Vertiefungen in dem periodischen Muster auf der Werkzeugoberfläche mit einer Periode zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, in mindestens einer Richtung entlang der Werkzeugoberfläche erzeugt wird. Ein periodische Strukturierung mit einer lateralen Periode in dieser Größenordnung ermöglicht die Ausbildung der eingangs erwähnten, vorteilhaften Oberflächenfunktionalitäten, mit der schließlich auch das Werkstück versehen werden soll. Die Gruppe von Vertiefungen in dem periodischen Muster kann darüber hinaus in verschiedenen Richtungen unterschiedliche Perioden aufweisen, beispielsweise dann, wenn zur Strukturierung des Werkzeugs drei, vier oder mehr miteinander interferierende Laserstrahlen verwendet werden. In einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Gruppe von Vertiefungen in dem periodischen Muster in zwei verschiedenen Richtungen identische Perioden auf. Weiter kann vorgesehen sein, dass die Gruppe von Vertiefungen in dem periodischen Muster in drei unterschiedliche Richtungen identische Perioden aufweist, was beispielsweise einer hexagonalen Anordnung der Vertiefungen entspricht. Die Gruppe von Vertiefungen ist beispielsweise als sinusförmige Linienstruktur ausgebildet, bei der Vertiefungen und Erhebungen jeweils in der gleichen lateralen Periode hintereinander angeordnet sind.In an advantageous development of the invention, it can be provided that the group of indentations in the periodic pattern on the tool surface is produced with a period between 10 nm and 50 μm, in particular between 100 nm and 15 μm, in at least one direction along the tool surface. Periodic structuring with a lateral period of this magnitude enables the advantageous surface functionalities mentioned at the outset to be formed, with which the workpiece is ultimately also to be provided. The group of depressions in the periodic pattern can also have different periods in different directions, for example when three, four or more laser beams interfering with one another are used to structure the tool. In an advantageous development, the group of depressions in the periodic pattern has identical periods in two different directions. It can further be provided that the group of depressions in the periodic pattern has identical periods in three different directions, which corresponds, for example, to a hexagonal arrangement of the depressions. The group of depressions is designed, for example, as a sinusoidal line structure in which depressions and elevations are each arranged one behind the other in the same lateral period.

Vorzugsweise wird zumindest eine Gruppe von Vertiefungen auf der Werkzeugoberfläche mit einem linearen Verlauf und/oder mit einer rechteckigen, bevorzugt quadratischen Grundform und/oder mit einer kreisförmigen Grundform erzeugt. Die Grundform der Vertiefungen kann polygonal, insbesondere hexagonal ausgestaltet sein. Als Spezialfall können die Vertiefungen als Linien ausgestaltet sein, die insbesondere senkrecht zur Erstreckungsrichtung versetzt, und/oder mit einer definierten Periode, angeordnet sein können.At least one group of indentations is preferably produced on the tool surface with a linear course and/or with a rectangular, preferably square basic shape and/or with a circular basic shape. The basic shape of the depressions can be polygonal, in particular hexagonal. As a special case, the indentations can be designed as lines, which can be arranged offset in particular perpendicularly to the direction of extension and/or with a defined period.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest zwei erste Vertiefungen, insbesondere eine erste Gruppe von Vertiefungen, mit einer ersten lateralen Periode zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, erzeugt werden und zumindest zwei zweite Vertiefungen, insbesondere eine zweite Gruppe von Vertiefungen, mit einer zweiten lateralen Periode erzeugt werden, wobei insbesondere die zweite laterale Periode kleiner ist als die erste laterale Periode. Die erste laterale Periode kann zwischen 100 nm und 999 µm betragen. Die zweite laterale Periode kann aber auch größer als oder identisch zur ersten lateralen Periode sein. Die zweite Gruppe von Vertiefungen kann im mathematischen Sinne ähnlich zur ersten Gruppe von Vertiefungen ausgestaltet sein, so dass die zweite Gruppe von Vertiefungen mittels mindestens einer mathematischen Ähnlichkeitstransformation, beispielsweise Verschiebung, Rotation, Streckung und/oder Skalierung, aus der ersten Gruppe von Vertiefungen resultiert. Vorzugsweise entspricht die zweite Gruppe von Vertiefungen einer Rotation der ersten Gruppe von Vertiefungen um eine Achse senkrecht zur Werkzeugoberfläche von 90°.Provision is preferably made for at least two first depressions, in particular a first group of depressions, to be produced with a first lateral period of between 10 nm and 50 μm, in particular between 100 nm and 15 μm, and at least two second depressions, in particular a second group of Depressions are generated with a second lateral period, wherein in particular the second lateral period is smaller than the first lateral period. The first lateral period can be between 100 nm and 999 μm. However, the second lateral period can also be greater than or identical to the first lateral period. The second group of depressions can be configured similarly to the first group of depressions in a mathematical sense, so that the second group of depressions results from the first group of depressions by means of at least one mathematical similarity transformation, for example displacement, rotation, stretching and/or scaling. The second group of indentations preferably corresponds to a rotation of the first group of indentations about an axis perpendicular to the tool surface of 90°.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass zumindest zwei erste Vertiefungen, insbesondere eine erste Gruppe von Vertiefungen, mit einer ersten Abmessung zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, erzeugt werden und zumindest zwei zweite Vertiefungen, insbesondere eine zweite Gruppe von Vertiefungen, mit einer zweiten Abmessung erzeugt werden, wobei die zweite Abmessung insbesondere kleiner ist als die erste Abmessung. Wie bereits gesagt kann die Abmessung der Vertiefung im Sinne der Erfindung deren Tiefe entsprechen.Alternatively or additionally, it can be provided that at least two first depressions, in particular a first group of depressions, with a first dimension between 10 nm and 50 μm, in particular between 100 nm and 15 μm, are produced and at least two second depressions, in particular a second Group of depressions are produced with a second dimension, wherein the second dimension is in particular smaller than the first dimension. As already mentioned, the dimensions of the depression in the context of the invention can correspond to its depth.

Daneben kann vorgesehen sein, dass, zusätzlich zu den zweiten Vertiefungen, mindestens zwei dritte Vertiefungen, insbesondere eine dritte Gruppe von Vertiefungen, mit einer dritten lateralen Periode und/oder einer dritten Abmessung erzeugt werden, wobei die dritte laterale Periode und/oder die dritte Abmessung insbesondere kleiner sind als die zweite laterale Periode und/oder die zweite Abmessung. In Weiterentwicklungen können bis zu zehn Gruppen von Vertiefungen mit jeweils einer lateralen Periode und/oder einer Abmessung erzeugt werden, wobei insbesondere die laterale Periode und/oder die Abmessung einer Gruppe stets kleiner sind als die laterale Periode und/oder die Abmessungen der vorigen Gruppen.In addition, it can be provided that, in addition to the second depressions, at least two third depressions, in particular a third group of depressions, are produced with a third lateral period and/or a third dimension, the third lateral period and/or the third dimension are in particular smaller than the second lateral period and/or the second dimension. In further developments, up to ten groups of indentations, each with a lateral period and/or a dimension, can be produced, with the lateral period and/or the dimension of a group always being smaller than the lateral period and/or the dimensions of the previous groups.

Vorzugsweise überlappt der Bereich der zweiten Vertiefungen, insbesondere der zweiten Gruppe von Vertiefungen, den Bereich der ersten Vertiefungen, insbesondere der ersten Gruppe von Vertiefungen zumindest teilweise. Entsprechendes gilt für gegebenenfalls erzeugte dritte Vertiefungen, insbesondere die dritte Gruppe von Vertiefungen. Durch eine derartige Überlappung wird es möglich, Strukturen mit verschiedenen lateralen Perioden und/oder Abmessungen miteinander zu kombinieren, insbesondere im mathematischen Sinne aufzumodulieren, und das Werkzeug mit komplexen Oberflächenstrukturen zu versehen, die mit einer einfachen Strukturierung nicht möglich sind. Dadurch werden die Möglichkeiten der Oberflächenfunktionalisierung des Werkzeugs, und damit auch die des Werkstücks, erweitert.The area of the second depressions, in particular the second group of depressions, preferably at least partially overlaps the area of the first depressions, in particular the first group of depressions. The same applies to any third depressions that may be produced, in particular the third group of depressions. Such an overlap makes it possible to combine structures with different lateral periods and/or dimensions, in particular to modulate them mathematically, and to provide the tool with complex surface structures that are not possible with a simple structure. This expands the possibilities of surface functionalization of the tool, and thus also those of the workpiece.

Vorzugsweise erfolgen die Erzeugung der ersten Vertiefungen, insbesondere der ersten Gruppe von Vertiefungen, und die Erzeugung der zweiten Vertiefungen, insbesondere der zweiten Gruppe von Vertiefungen, in einem einzigen Arbeitsschritt oder in separaten Arbeitsschritten. Die Erzeugung der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen in einem einzigen Arbeitsschritt bewirkt eine Steigerung der Prozessgeschwindigkeit. Dagegen beinhaltet die Ausgestaltung der Erzeugung der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen in separaten Arbeitsschritten insbesondere, dass die Werkzeugoberfläche mit unterschiedlichen Interferenzmustern strukturiert wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Werkzeug zwischen zwei Arbeitsschritten bewegt wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Werkzeug zwischen zwei Arbeitsschritten rotiert, insbesondere um 90°, beispielsweise um eine Erstreckungsachse des Werkzeugs, rotiert wird, so dass besonders einfach Vertiefungen beispielsweise als Kreuz-Strukturmuster und/oder sogenannte Penrose-Strukturmuster ausbildbar sind. Die Vertiefungen der zweiten Gruppe können senkrecht zu den Vertiefungen der ersten Gruppe angeordnet sein, so dass die laterale Periode der zweiten Gruppe von Vertiefungen senkrecht zu der lateralen Periode der ersten Gruppe von Vertiefungen angeordnet ist. Daneben kann die laterale Periode der zweiten Gruppe von Vertiefungen parallel zu der lateralen Periode der ersten Gruppe von Vertiefungen ausgerichtet sein oder einen Winkel zwischen 0° und 180° einschließen.The first depressions, in particular the first group of depressions, and the second depressions, in particular the second group of depressions, are preferably produced in a single work step or in separate work steps. The production of the first indentations and the second indentations in a single work step results in an increase in the process speed. In contrast, the configuration of the production of the first indentations and the second indentations in separate work steps includes, in particular, that the tool surface is structured with different interference patterns. For example, it can be provided that the tool is moved between two work steps. Provision can preferably be made for the tool to be rotated between two work steps, in particular by 90°, for example about an axis of extent of the tool, so that indentations, for example as cross structure patterns and/or so-called Penrose structure patterns, can be formed particularly easily. The pits of the second group may be arranged perpendicularly to the pits of the first group such that the lateral period of the second group of pits is arranged perpendicular to the lateral period of the first group of pits. In addition, the lateral period of the second group of indentations can be aligned parallel to the lateral period of the first group of indentations or enclose an angle between 0° and 180°.

Vorzugsweise erfolgt die Erzeugung der zweiten Gruppe von Vertiefungen durch eine in Abhängigkeit von dem zu strukturierenden Material des Werkzeugs gewählte Polarisation der Laserstrahlen, wodurch sich insbesondere laserinduzierte periodische Oberflächenstrukturierungen, insbesondere in einem gemeinsamen Arbeitsschritt mit der Ausbildung der ersten Gruppe von Vertiefungen, ausbilden lassen. Die laterale Periode der zweiten Gruppe von Vertiefungen entspricht beispielsweise höchstens der verwendeten Wellenlänge der Laserstrahlen. Die Polarisation der Laserstrahlen kann linear ausgerichtet sein, wobei der Polarisationsvektor im Wesentlichen senkrecht zu der Erstreckungsrichtung der laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturierungen und/oder parallel zu der den laserinduzierten periodischen Oberflächenstrukturierungen zugeordneten lateralen Periode angeordnet ist. Daneben kann die Richtung des Polarisationsvektors der Laserstrahlen unter einem Winkel zwischen 0° und 180° relativ zu der lateralen Periode der ersten Gruppe von Vertiefungen ausgerichtet sein, so dass durch die Ausrichtung des Polarisationsvektors der Laserstrahlen die Anordnung der zweiten Gruppe von Vertiefungen insbesondere relativ zu der ersten Gruppe von Vertiefungen einstellbar ist.The second group of indentations is preferably produced by polarization of the laser beams selected depending on the material of the tool to be structured, as a result of which in particular laser-induced periodic surface structuring can be formed, in particular in a joint work step with the formation of the first group of indentations. The lateral period of the second group of depressions corresponds, for example, at most to the wavelength of the laser beams used. The polarization of the laser beams can be aligned linearly, with the polarization vector being arranged essentially perpendicular to the extension direction of the laser-induced periodic surface structuring and/or parallel to the lateral period associated with the laser-induced periodic surface structuring. In addition, the direction of the polarization vector of the laser beams can be aligned at an angle between 0° and 180° relative to the lateral period of the first group of indentations, so that the alignment of the polarization vector of the laser beams changes the arrangement of the second group of indentations, in particular relative to the first group of wells is adjustable.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die ersten Vertiefungen, insbesondere die erste Gruppe von Vertiefungen, mittels Interferenz der mindestens zwei Laserstrahlen erzeugt werden, wobei die zweiten Vertiefungen, insbesondere die zweite Gruppe von Vertiefungen, mittels Interferenz von mindestens zwei Laserstrahlen und/oder mittels eines einzigen Laserstrahls erzeugt werden. Dies bedeutet, dass die ersten Vertiefungen stets mit den miteinander interferierenden Laserstrahlen erzeugt werden, während dies für die Erzeugung der zweiten Vertiefungen nicht notwendigerweise der Fall sein muss. Die Erzeugung der zweiten Vertiefungen mittels eines einzigen Laserstrahls kann dann sinnvoll sein, wenn die Anzahl der zweiten Vertiefungen verglichen mit der Anzahl der ersten Vertiefungen klein ist und/oder wenn der Bereich der zweiten Vertiefungen verglichen mit dem Bereich der ersten Vertiefungen klein ist. Falls auch die zweiten Vertiefungen mittels miteinander interferierender Laserstrahlen erzeugt werden, kann vorgesehen sein, dass sich die Anzahl der miteinander interferierenden Laserstrahlen im Vergleich mit der Erzeugung der ersten Vertiefungen unterscheidet oder zu diesen identisch ist.For example, it can be provided that the first indentations, in particular the first group of indentations, are generated by means of interference of the at least two laser beams, the second indentations, in particular the second group of indentations, by means of interference of at least two laser beams and/or by means of a single Laser beam are generated. This means that the first depressions are always produced with the laser beams interfering with one another, while this is not necessarily the case for the production of the second depressions must. The production of the second indentations by means of a single laser beam can be useful when the number of second indentations is small compared to the number of first indentations and/or when the area of the second indentations is small compared to the area of the first indentations. If the second depressions are also produced by means of laser beams interfering with one another, it can be provided that the number of laser beams interfering with one another differs in comparison with the production of the first depressions or is identical to these.

Vorzugsweise werden der Werkzeugrohling vor der Strukturierung und/oder das Werkzeug nach der Strukturierung beschichtet, beispielsweise mit einer Hartstoffschicht, insbesondere mit einer Kohlenstoffschicht. Höchst vorzugsweise wird als Beschichtung eine amorphe Kohlenstoffschicht verwendet. Nach der Strukturierung des Werkzeugs kann eine weitere Oberflächenfunktionalisierung erfolgen, beispielsweise mittels thermischer Verfahren und/oder durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und/oder durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), um beispielsweise die Oberfläche des Werkzeugs zu glätten, indem ungewollte Substrukturen oder Rauigkeiten entfernt werden. In einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Werkzeugoberfläche vor der Strukturierung poliert wird.The tool blank is preferably coated before structuring and/or the tool after structuring, for example with a hard material layer, in particular with a carbon layer. An amorphous carbon layer is most preferably used as the coating. After structuring the tool, further surface functionalization can take place, for example by means of thermal processes and/or by chemical vapor deposition (CVD) and/or by physical vapor deposition (PVD), for example to smooth the surface of the tool by removing unwanted substructures or roughness . In a further configuration it can be provided that the tool surface is polished before structuring.

Das Werkzeug weist vorzugsweise zumindest eine Komponente aus einem Hartmetall auf, das eine Mehrzahl von Hartstoffpartikeln und eine Bindermatrix aufweist. Hartmetalle sind Metallmatrix-Verbundwerkstoffe, die auch als Hartmetall-Komposit-Werkstoffe bezeichnet werden. Die im Hartmetall vorhandenen Hartstoffpartikel weisen mindestens ein Mitglied aus der Gruppe Diamant, Nitrid, Carbid, Oxid auf und weisen eine vergleichsweise hohe Härte, jedoch eine vergleichsweise niedrige Zähigkeit auf. Zur besseren Verarbeitbarkeit werden die Hartstoffpartikel daher in eine Bindermatrix eingebettet, die mindestens ein Mitglied aus der Gruppe Kobalt, Nickel, Molybdän oder eine Kombination enthält und die die Duktilität des resultierenden Hartmetalls erhöht. Hartmetalle sind härter als reine Metalle, Legierungen und gehärtete Stähle und weisen daher eine höhere Verschleißfestigkeit auf, was auch für das Werkzeug mit einer Komponente aus Hartmetall gilt.The tool preferably has at least one component made from a hard metal, which has a plurality of hard material particles and a binder matrix. Hard metals are metal matrix composite materials, which are also referred to as hard metal composite materials. The hard material particles present in the hard metal have at least one member from the group diamond, nitride, carbide, oxide and have a comparatively high level of hardness, but a comparatively low level of toughness. For better workability, the hard material particles are therefore embedded in a binder matrix which contains at least one member from the group cobalt, nickel, molybdenum or a combination and which increases the ductility of the resulting hard metal. Cemented carbides are harder than pure metals, alloys and hardened steels and therefore have higher wear resistance, which also applies to the tool with a cemented carbide component.

Im Sinne der Erfindung kann der metallische Werkzeugrohling eine Komponente aus einem Hartmetall-Komposit aufweisen oder aus dieser bestehen, das beispielsweise einen Keramik-Metall-Verbund aufweist. Vorzugsweise weist der Werkzeugrohling eine Komponente aus Wolframcarbit-Cobalt-Hartmetall (WC-Co) auf, das optional Komponenten aus Vanadiumcarbid (VC), Chromcarbid (Cr3C2) und/oder Tantal-Niob-Carbid enthalten kann. Das Werkzeug kann eine Beschichtung aus einem Hartmetallwerkstoff und/oder Diamant und/oder amorphem Kohlenstoff aufweisen.According to the invention, the metallic tool blank can have or consist of a component made of a hard metal composite, which has a ceramic-metal composite, for example. The tool blank preferably has a component made of tungsten carbide-cobalt hard metal (WC-Co), which can optionally contain components made of vanadium carbide (VC), chromium carbide (Cr 3 C 2 ) and/or tantalum-niobium carbide. The tool can have a coating of a hard metal material and/or diamond and/or amorphous carbon.

Alternativ oder zusätzlich weist das Werkzeug vorzugsweise zumindest eine Komponente aus einem thermisch behandelten Werkzeugstahl auf. Durch die Wahl der thermischen Behandlung können die Eigenschaften des Werkzeugstahls auf den Einsatz des Werkzeugs angepasst werden. Beispielsweise weist das Werkzeug eine Komponente aus vergütetem Werkzeugstahl auf.Alternatively or additionally, the tool preferably has at least one component made from a thermally treated tool steel. By choosing the thermal treatment, the properties of the tool steel can be adapted to the use of the tool. For example, the tool has a component made of tempered tool steel.

Das Werkzeug kann zumindest bereichsweise an der Werkzeugoberfläche eine Hartstoffschicht, vorzugsweise eine Kohlenstoffschicht, höchst vorzugsweise eine tetraedrische, wasserstofffreie Kohlenstoffschicht aufweisen. Insbesondere weist die Werkzeugoberfläche eine amorphe Kohlenstoffschicht auf, die auch als DLC (Diamond-like carbon) oder diamantähnlicher Kohlenstoff bezeichnet wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Kohlenstoffschicht eine Graphitschicht und/oder eine Diamantschicht aufweisen. Durch die Ausbildung einer Kohlenstoffschicht an der Werkzeugoberfläche kann die Oberfläche des Werkzeugs weiter funktionalisiert werden, insbesondere können für tribologische Anwendungen die Reibungs- und Verschleißeigenschaften des Werkzeugs optimiert werden.The tool can have a hard material layer, preferably a carbon layer, most preferably a tetrahedral, hydrogen-free carbon layer, at least in regions on the tool surface. In particular, the tool surface has an amorphous carbon layer, which is also referred to as DLC (diamond-like carbon) or diamond-like carbon. Alternatively or additionally, the carbon layer can have a graphite layer and/or a diamond layer. The surface of the tool can be further functionalized by the formation of a carbon layer on the tool surface. In particular, the friction and wear properties of the tool can be optimized for tribological applications.

Das erfindungsgemäße Werkstück kann vorsehen, dass die plastische Verformung des Werkstücks dadurch erfolgt, dass das Werkzeug auf das Werkstück gedrückt bzw. gepresst wird, insbesondere mit einer benutzerdefinierten Einpresstiefe und/oder mit einem benutzerdefinierten Einpressdruck. Das dadurch entstehende Werkstückprofil wird insofern mittels Pressen, Drücken oder Prägen erzeugt. Das erfindungsgemäße Werkzeug kann in einer industriellen Presse integriert sein. Durch die einfache Prozessgestaltung über die Einstellung des Einpressdruckes können die Strukturtiefe und/oder die Strukturgeometrie des Werkstückprofils sehr einfach und effizient variiert werden, was insbesondere für tribologische Anwendungen von hohem Interesse ist. Daneben lassen sich durch die Einstellung des Einpressdrucks variable Aspektverhältnisse bei der Strukturierung des Werkstücks bei vernachlässigbar veränderten Prozesszeiten realisieren. Das Werkstückprofil ist insbesondere zumindest teilweise mathematisch ähnlich, beispielsweise zumindest teilweise komplementär zum Werkzeugprofil ausgebildet, was im Sinne der Erfindung umfasst, dass das Werkstückprofil zumindest einem teilweisen Negativabdruck des Werkzeugprofils entspricht. Insbesondere ist das Werkstückprofil eine zumindest teilweise, insbesondere vollständige Abformung des Werkzeugprofils. Da die Bearbeitung des Werkstücks anhand der Geometrie der Strukturierung des Werkzeugs erfolgt, können auf unterschiedlichen Werkstückmaterialien im Wesentlichen identische Strukturen erzeugt werden. Vorzugsweise wird das zu bearbeitende Werkstück dem Werkzeug zugeführt, insbesondere mittels einer Bandführung.The workpiece according to the invention can provide that the plastic deformation of the workpiece takes place in that the tool is pressed or pressed onto the workpiece, in particular with a user-defined press-in depth and/or with a user-defined press-in pressure. The resulting workpiece profile is produced by means of pressing, pressing or embossing. The tool according to the invention can be integrated into an industrial press. The structure depth and/or the structure geometry of the workpiece profile can be varied very easily and efficiently thanks to the simple process design via setting the press-in pressure, which is of particular interest for tribological applications. In addition, by adjusting the press-in pressure, variable aspect ratios can be implemented when structuring the workpiece with negligibly different process times. The workpiece profile is in particular at least partially mathematically similar, for example at least partially complementary, to the tool profile, which within the meaning of the invention includes the workpiece profile corresponding at least to a partial negative impression of the tool profile. In particular, the workpiece profile is an at least partial, in particular complete, molding of the tool profile. Because the editing of the work piece based on the geometry of the structuring of the tool, essentially identical structures can be produced on different workpiece materials. The workpiece to be machined is preferably fed to the tool, in particular by means of a belt guide.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass das Werkstück, zumindest in dem dem Werkzeug zugeordneten Bereich, in einem einzigen Bearbeitungsschritt plastisch verformt wird, wodurch das Werkstückprofil mit einer zum Werkzeugprofil zumindest bereichsweise komplementären Struktur versehen wird. Die vollständige Bearbeitung des Werkstücks kann erfolgen, indem das Werkzeug sukzessive nach einem Bearbeitungsschritt relativ zur Werkstückoberfläche lateral verfahren wird und abermals das Werkstück mit einem Bearbeitungsschritt bearbeitet.An advantageous development of the invention can provide that the workpiece, at least in the area assigned to the tool, is plastically deformed in a single processing step, whereby the workpiece profile is provided with a structure that is at least partially complementary to the tool profile. The workpiece can be completely machined by successively moving the tool laterally after one machining step relative to the workpiece surface and machining the workpiece again in one machining step.

Vorzugsweise wird das Werkstück mittels des Werkzeugs in mindestens zwei Bearbeitungsschritten plastisch verformt, wobei in einem ersten Bearbeitungsschritt das Werkzeug das Werkstück entlang einer Bearbeitungsachse mit einer ersten Bearbeitungstiefe plastisch verformt und wobei in einem zweiten Bearbeitungsschritt das Werkzeug das Werkstück entlang der Bearbeitungsachse mit einer zweiten Bearbeitungstiefe plastisch verformt und wobei insbesondere sich die erste Bearbeitungstiefe von der zweiten Bearbeitungstiefe unterscheidet. Die zweite Bearbeitungstiefe ist insbesondere kleiner als die erste Bearbeitungstiefe. Es können mehrere Bearbeitungsschritte mit entsprechenden Bearbeitungstiefen vorgesehen sein, wobei die Bearbeitungstiefe eines Bearbeitungsschrittes insbesondere kleiner ist als die Bearbeitungstiefe des vorhergehenden Bearbeitungsschrittes. Die Bearbeitungsachse ist vorzugsweise senkrecht zur Werkstückoberfläche ausgerichtet. Durch die mehrfache Bearbeitung des Werkstücks mit unterschiedlichen Bearbeitungstiefen, die beispielsweise Einpresstiefen entsprechen, sind komplexe Werkstücktopographien herstellbar, die mit einem einzigen Bearbeitungsschritt nicht fertigbar sind. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung kann die zweite Bearbeitungstiefe identisch mit der ersten Bearbeitungstiefe sein. Es kann vorgesehen sein, dass bei zwei Bearbeitungsschritten das gleiche Werkzeug verwendet wird, wobei das Werkzeug zwischen den beiden Bearbeitungsschritten in Translation und/oder in Rotation bewegt wird. Vorzugsweise wird das Werkzeug zwischen den beiden Rotationsschritten um 90°, insbesondere um eine Erstreckungsachse des Werkzeugs, bewegt. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Werkzeug in Translation, insbesondere zwischen den Bearbeitungsschritten sukzessive über den gesamten zu strukturierenden Bereich des Werkstücks bewegt. Hierfür kann beispielsweise eine geeignete Werkzeugführung ausgebildet sein.The workpiece is preferably plastically deformed by means of the tool in at least two processing steps, with the tool plastically deforming the workpiece along a processing axis with a first processing depth in a first processing step, and with the tool plastically deforming the workpiece along the processing axis with a second processing depth in a second processing step deformed and in particular the first processing depth differs from the second processing depth. The second processing depth is in particular smaller than the first processing depth. Several processing steps with corresponding processing depths can be provided, the processing depth of a processing step being in particular smaller than the processing depth of the preceding processing step. The machining axis is preferably aligned perpendicular to the workpiece surface. Due to the multiple processing of the workpiece with different processing depths, which correspond, for example, to inset depths, complex workpiece topographies can be produced that cannot be produced with a single processing step. In another embodiment of the invention, the second machining depth can be identical to the first machining depth. Provision can be made for the same tool to be used in two processing steps, with the tool being moved in translation and/or rotation between the two processing steps. The tool is preferably moved through 90° between the two rotation steps, in particular around an axis of extension of the tool. In a further embodiment of the invention, the tool is moved in translation, in particular between the processing steps, successively over the entire region of the workpiece to be structured. A suitable tool guide can be designed for this purpose, for example.

Vorzugsweise werden der erste Bearbeitungsschritt mit einem ersten Werkzeug und der zweite Bearbeitungsschritt mit einem zweiten Werkzeug durchgeführt, wobei das erste Werkzeug und/oder das zweite Werkzeug ein erfindungsgemäßes Werkzeug sind. Vorzugsweise sind beide Werkzeuge erfindungsgemäße Werkzeuge. In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass sich die Strukturierungen der Werkzeugoberflächen der Werkzeuge voneinander zumindest bereichsweise unterscheiden. Durch die Bearbeitung des Werkstücks mittels zweier unterschiedlicher Werkzeuge, insbesondere mit zwei unterschiedlichen oder auch identischen Bearbeitungstiefen, sind komplexe Oberflächentopographien herstellbar wie etwa Oberflächentopographien, die Kombinationen, insbesondere im mathematischen Sinne Modulationen von Topographien unterschiedlicher Größenordnungen entsprechen. Daneben können weitere Bearbeitungsschritte mit Werkzeugen vorgesehen sein, die vorzugsweise erfindungsgemäße Werkzeuge sind.The first machining step is preferably carried out with a first tool and the second machining step with a second tool, the first tool and/or the second tool being a tool according to the invention. Both tools are preferably tools according to the invention. In a development of the invention, it can be provided that the structuring of the tool surfaces of the tools differ from one another at least in certain areas. By processing the workpiece using two different tools, in particular with two different or even identical processing depths, complex surface topographies can be produced, such as surface topographies that correspond to combinations, in particular in the mathematical sense modulations, of topographies of different magnitudes. In addition, further processing steps can be provided with tools, which are preferably tools according to the invention.

Vorzugsweise weist das zweite Werkzeug eine periodische Struktur mit einer lateralen Periode auf, die insbesondere kleiner ist als die laterale Periode der periodischen Struktur des ersten Werkzeugs, was im Sinne der Erfindung die Dimensionen der Struktur als auch deren lateralen Periode umfasst. Damit ist insbesondere vorgesehen, dass die periodische Struktur des zweiten Werkzeugs eine kleinere laterale Periode aufweist als die periodische Struktur des ersten Werkzeugs. Die laterale Periode der periodischen Struktur des zweiten Werkzeugs kann daneben auch größer als oder identisch zur lateralen Periode der periodischen Struktur des ersten Werkzeugs sein.The second tool preferably has a periodic structure with a lateral period that is in particular smaller than the lateral period of the periodic structure of the first tool, which, in the sense of the invention, includes the dimensions of the structure and also its lateral period. It is thus provided in particular that the periodic structure of the second tool has a smaller lateral period than the periodic structure of the first tool. The lateral period of the periodic structure of the second tool can also be greater than or identical to the lateral period of the periodic structure of the first tool.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass sich der Einpressdruck eines Bearbeitungsschrittes von dem Einpressdruck eines anderen Bearbeitungsschrittes unterscheidet, um beispielsweise auch mit der Strukturierung eines einzigen Werkzeugs das Werkstück mit einer komplexen Oberflächentopographie zu versehen. Der verwendete Einpressdruck beträgt vorzugsweise zwischen 100 MPa und 100.000 MPa, wobei der konkret verwendete Einpressdruck in Abhängigkeit der mechanischen Festigkeit des zu bearbeiteten Werkstücks zu wählen ist. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Einpressdruck eines Bearbeitungsschrittes identisch zu dem Einpressdruck eines anderen Bearbeitungsschrittes.It is preferably provided that the press-in pressure of one processing step differs from the press-in pressure of another processing step in order, for example, to provide the workpiece with a complex surface topography even with the structuring of a single tool. The press-in pressure used is preferably between 100 MPa and 100,000 MPa, with the press-in pressure actually used being to be selected as a function of the mechanical strength of the workpiece to be machined. In a further embodiment of the invention, the press-in pressure of one processing step is identical to the press-in pressure of another processing step.

Vorzugsweise wird das Werkstück mittels einer vibrierenden Bewegung des Werkzeugs, insbesondere entlang der Bearbeitungsachse, plastisch verformt. Die Frequenz der Vibration beträgt vorzugsweise zwischen 20 kHz bis 10 GHz und liegt damit im Ultraschallbereich. Erkenntnisse der Anmelderin haben gezeigt, dass durch die Vibration des Werkzeugs während des Pressverfahrens die Rückfederung des Werkstückwerkstoffs reduziert wird, so dass die Abformung der Strukturierung des Werkzeugs auf das Werkstück verbessert wird.The workpiece is preferably plastically deformed by means of a vibrating movement of the tool, in particular along the machining axis. The frequency of the vibration is preferably between 20 kHz and 10 GHz thus in the ultrasonic range. Findings of the applicant have shown that the springback of the workpiece material is reduced by the vibration of the tool during the pressing process, so that the molding of the structuring of the tool on the workpiece is improved.

Vorzugsweise wird das Werkstück mittels des Werkzeugs bei einer Temperatur von höchstens 1200°C, insbesondere frei von einem äußeren Wärmeeintrag, bearbeitet.The workpiece is preferably machined using the tool at a temperature of at most 1200° C., in particular free of any external heat input.

Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Werkstück eine Strukturierung auf, die zumindest teilweise ähnlich, insbesondere mindestens teilweise komplementär ausgestaltet ist zu der Strukturierung des Werkzeugs.The workpiece according to the invention preferably has a structure which is at least partially similar, in particular at least partially complementary, to the structure of the tool.

Das Werkstück weist insbesondere eine Komponente aus Messing (CuZn) auf mit insbesondere einem Zinkgehalt von im Wesentlichen 30% (CuZn30), die eine besonders ausgeprägte plastische Verformbarkeit aufweist.The workpiece has in particular a component made of brass (CuZn) with in particular a zinc content of essentially 30% (CuZn30), which has a particularly pronounced plastic deformability.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im Einzelnen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert ist. Dabei zeigen:

  • 1 eine schematisch dargestellte Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs sowie ein erfindungsgemäßes Werkzeug,
  • 2 eine schematisch dargestellte Ausgestaltung eines Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und ein erfindungsgemäßes Werkstück,
  • 3 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs sowie ein erfindungsgemäßes Werkzeug,
  • 4 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und ein erfindungsgemäßes Werkstück,
  • 5 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs sowie ein erfindungsgemäßes Werkzeug,
  • 6 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und ein erfindungsgemäßes Werkstück,
  • 7 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs sowie ein erfindungsgemäßes Werkzeug,
  • 8 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und ein erfindungsgemäßes Werkstück,
  • 9 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs sowie ein erfindungsgemäßes Werkzeug,
  • 10 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und ein erfindungsgemäßes Werkstück,
  • 11 bis 14 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs, des erfindungsgemäßen Werkzeugs, sowie eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und des erfindungsgemäßen Werkstücks,
  • 15, 16 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und des erfindungsgemäßen Werksstücks und
  • 17, 18 eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Bearbeitung eines Werkstücks und des erfindungsgemäßen Werksstücks.
Further advantages and features of the invention result from the claims and from the following description, in which an exemplary embodiment of the invention is explained in detail with reference to the drawings. show:
  • 1 a schematically illustrated embodiment of a method for manufacturing a tool and a tool according to the invention,
  • 2 a schematically illustrated embodiment of a method for machining a workpiece and a workpiece according to the invention,
  • 3 a further embodiment of the method for producing a tool and a tool according to the invention,
  • 4 a further embodiment of the method for machining a workpiece and a workpiece according to the invention,
  • 5 a further embodiment of the method for producing a tool and a tool according to the invention,
  • 6 a further embodiment of the method for machining a workpiece and a workpiece according to the invention,
  • 7 a further embodiment of the method for producing a tool and a tool according to the invention,
  • 8th a further embodiment of the method for machining a workpiece and a workpiece according to the invention,
  • 9 a further embodiment of the method for producing a tool and a tool according to the invention,
  • 10 a further embodiment of the method for machining a workpiece and a workpiece according to the invention,
  • 11 until 14 a further embodiment of the method for manufacturing a tool, the tool according to the invention, and a further embodiment of the method for machining a workpiece and the workpiece according to the invention,
  • 15 , 16 a further embodiment of the method for machining a workpiece and the workpiece according to the invention and
  • 17 , 18 a further embodiment of the method for machining a workpiece and the workpiece according to the invention.

1 zeigt eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung eines Werkzeugs 10 anhand drei Abbildungen des Werkzeugs 10. In 1 ist in der linken Darstellung das Werkzeug 10 in noch unbearbeiteten Zustand als Werkzeugrohling 11 angeordnet, der im gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen ein Zylinder aus einem Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetall (WC-Co) ist und via Funkenerosion hergestellt wurde. Die spätere Bearbeitung eines Werkstücks 12 soll durch die Deckfläche 13 des Werkzeugs 10 erfolgen, so dass die Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 mit einer in 1 nicht gezeigten Beschichtung aus einem amorphen Kohlenstoff versehen ist, der auch als diamantähnlicher Kohlenstoff (DLC) bezeichnet wird. 1 shows an embodiment of a method for producing a tool 10 based on three images of the tool 10. In 1 In the illustration on the left, the tool 10 is arranged in the still unmachined state as a tool blank 11, which in the exemplary embodiment shown is essentially a cylinder made of a tungsten carbide-cobalt hard metal (WC-Co) and was produced via spark erosion. Subsequent machining of a workpiece 12 should take place through the top surface 13 of the tool 10, so that the top surface 13 of the tool blank 11 has an in 1 not shown coating is provided from an amorphous carbon, which is also referred to as diamond-like carbon (DLC).

Zur Herstellung des Werkzeugs 10 wird der Werkzeugrohling 11 in einer Laserbearbeitungsvorrichtung 14 bereitgestellt, die in der mittigen Darstellung von 1 aus Übersichtsgründen nur schematisch gezeigt ist. Die Laserbearbeitungsvorrichtung 14 weist ein Optik-Modul 15 auf, das einen einfallenden Laserstrahl im gezeigten Ausführungsbeispiel der 1 in zwei Teilstrahlen 17, 18 aufteilt und in Richtung der zu strukturierenden Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 als Werkzeugoberfläche 13 richtet. Je nach Anwendung können bis zu neun Laserstrahlen als Teilstrahlen verwendet werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird gepulste Laserstrahlung mit zeitlichen Pulsdauern von 1 ps, damit ultrakurze Pulse, und mit einer Pulsenergie von 100 µJ verwendet. Die zwei in Richtung des Werkzeugrohlings 11 gelenkten Teilstrahlen 17, 18 sind zueinander derart in einem endlichen Winkel ausgerichtet, dass die Teilstrahlen 17, 18 in einem Interferenzbereich 19 miteinander interferieren. Der Werkzeugrohling 11 ist in der Laserbearbeitungsvorrichtung 14 derart angeordnet, dass der Interferenzbereich 19 im Wesentlichen auf der Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 als Arbeitsfläche angeordnet ist. Das durch die interferierenden Teilstrahlen 17, 18 ausgebildete Interferenzmuster ist im Wesentlichen abhängig von dem Winkel, den die Teilstrahlen 17, 18 einschließen, deren Polarisation und der Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung, so dass durch eine Änderung dieser Parameter das Interferenzmuster bedarfsgemäß angepasst werden kann. Durch die auftreffenden, miteinander interferierenden Teilstrahlen 17, 18 wird die Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 strukturiert, wobei die Strukturierung im Wesentlichen den Intensitätsmaxima des Interferenzmusters entspricht. Durch den Einsatz von ultrakurz gepulster Laserstrahlung erfolgt die Strukturierung des Werkzeugs 10, damit dessen Herstellung, im Wesentlichen rein ablativ, das heißt ohne Wärmeeinbringung in die Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11, da die Pulsdauer der Laserstrahlung derart kurz ist, dass keine thermische Wechselwirkung der Laserstrahlung mit dem Material des Werkzeugrohlings 11 erfolgt. Insofern wird diese Art der Bearbeitung auch als kalte Ablation bezeichnet. Hierdurch lassen sich vergleichsweise feine Strukturmuster im Mikro- und/oder Nanoskalenbereich bei gleichzeitiger Vermeidung einer thermischen Werkzeugschädigung realisieren. Durch die miteinander interferierenden Teilstrahlen 17, 18 bilden sich im Interferenzbereich 19 topographische Strukturen im genannten Bereich aus, so dass eine Strukturierung der Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 erzeugt wird. Zur Strukturierung werden im gezeigten Ausführungsbeispiel 50 Pulse überlagert.To produce the tool 10, the tool blank 11 is provided in a laser machining device 14, which is shown in the central representation of FIG 1 is shown only schematically for reasons of clarity. The laser processing device 14 has an optics module 15, an incident laser beam in the embodiment shown 1 divided into two partial beams 17, 18 and directed in the direction of the top surface 13 of the tool blank 11 to be structured as the tool surface 13. Depending on the application, up to nine laser beams can be used as partial beams. In the exemplary embodiment shown, pulsed laser radiation with pulse durations of 1 ps, ie ultra-short pulses, and with a pulse energy of 100 μJ is used. The two partial beams 17 , 18 directed in the direction of the tool blank 11 are aligned at a finite angle to one another in such a way that the partial beams 17 , 18 interfere with one another in an interference region 19 . The tool blank 11 is arranged in the laser processing device 14 in such a way that the interference area 19 is essentially on the top surface 13 of the tool blank 11 is arranged as a work surface. The interference pattern formed by the interfering partial beams 17, 18 is essentially dependent on the angle enclosed by the partial beams 17, 18, their polarization and the wavelength of the laser radiation used, so that the interference pattern can be adapted as required by changing these parameters. The top surface 13 of the tool blank 11 is structured by the impinging, mutually interfering partial beams 17, 18, with the structuring essentially corresponding to the intensity maxima of the interference pattern. Through the use of ultra-short pulsed laser radiation, the tool 10 is structured, and thus its production, essentially purely ablatively, i.e. without heat being introduced into the top surface 13 of the tool blank 11, since the pulse duration of the laser radiation is so short that there is no thermal interaction of the laser radiation takes place with the material of the tool blank 11. In this respect, this type of processing is also referred to as cold ablation. As a result, comparatively fine structural patterns in the micro and/or nanoscale range can be realized while at the same time avoiding thermal damage to the tool. Due to the partial beams 17, 18 interfering with one another, topographical structures are formed in the region of interference 19, so that a structuring of the top surface 13 of the tool blank 11 is produced. In the exemplary embodiment shown, 50 pulses are superimposed for structuring.

Falls eine Strukturierung des Werkzeugrohlings 11 über den Interferenzbereich 19 der Teilstrahlen 17, 18 hinaus gewünscht ist, kann der Werkzeugrohling 11 relativ zum Interferenzbereich 19 verfahren werden, was Bewegungen in Translation und/oder Rotation einschließt und durch die in 1 grau dargestellten Pfeile verdeutlicht ist. Hierzu ist die Laserbearbeitungsvorrichtung 14 derart ausgebildet, dass der Interferenzbereich 19 der Teilstrahlen 17, 18, der insofern einem Fokusbereich entspricht, relativ zu der zu strukturierenden Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 beweglich ist. Beispielsweise erfolgt dies durch eine Auslenkung der beiden Teilstrahlen 17, 18 mittels mit Servomotoren angesteuerten Spiegeln im Sinne einer F-Theta-Optik (in 1 nicht gezeigt). Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Werkzeugrohling 11 beispielsweise durch in 1 nicht gezeigte Linearführungen in Translation bewegt werden. Durch eine entsprechende Führung ist auf diese Weise auch eine Rotation des Werkzeugrohlings 11 relativ zur Laserbearbeitungsvorrichtung insbesondere um seine Erstreckungsachse möglich. Durch die Bewegung des Interferenzbereichs 19 relativ zur Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 ist eine Strukturierung der Deckfläche 13 über den Interferenzbereich 19 hinaus möglich, indem die Deckfläche 13 mittels der interferierenden Teilstrahlen 17, 18 sukzessive bearbeitet, insbesondere teil- oder vollflächig abgerastert wird.If structuring of the tool blank 11 beyond the interference area 19 of the partial beams 17, 18 is desired, the tool blank 11 can be moved relative to the interference area 19, which includes movements in translation and/or rotation and through the in 1 arrows shown in gray. For this purpose, the laser processing device 14 is designed such that the interference area 19 of the partial beams 17, 18, which in this respect corresponds to a focus area, is movable relative to the top surface 13 of the tool blank 11 to be structured. This is done, for example, by deflecting the two partial beams 17, 18 by means of mirrors controlled by servomotors in the sense of F-Theta optics (in 1 Not shown). As an alternative or in addition to this, the tool blank 11 can, for example, be replaced by in 1 linear guides, not shown, are moved in translation. A rotation of the tool blank 11 relative to the laser processing device, in particular about its axis of extension, is also possible in this way by appropriate guidance. The movement of the interference area 19 relative to the top surface 13 of the tool blank 11 makes it possible to structure the top surface 13 beyond the interference area 19 by successively processing the top surface 13 by means of the interfering partial beams 17, 18, in particular by scanning part or all of the surface.

Im Ausführungsbeispiel der 1 führt die Strukturierung zu einem Werkzeugprofil 20 des Werkzeugs 10, damit zu einer Oberflächentopographie, mit linienförmigen Strukturelementen 21, die aus Übersichtsgründen stark vergrößert auf der rechten Darstellung in 1 gezeigt sind. Das Werkzeugprofil 20 der Deckfläche 13 des Werkzeugs 10 senkrecht zur Erstreckungsrichtung der Strukturelemente 21 entspricht näherungsweise einem sinusförmigen Verlauf, bei dem jeweils gleich groß ausgeformte Vertiefungen 22 und Erhebungen 23 in einem festen Abstand Δd, der im Sinne der Erfindung als laterale Periode bezeichnet wird, hintereinander angeordnet sind und wobei zwischen den Vertiefungen 22 und Erhebungen 23 jeweils ein stetiger Übergang besteht; dies wird in 1 durch durchgezogene Linien verdeutlicht. Die laterale Periode Δd zwischen einer Vertiefung 22 und einer hierzu benachbarten Vertiefung 22 beträgt im gezeigten Ausführungsbeispiel 10 µm. Die Erhöhungen 23 sind in der gleichen lateralen Periode Δd angeordnet. Das in 1 rechts dargestellte Werkzeug 10 ist auf seiner Deckfläche 13 vollflächig mit linienförmigen Strukturelementen 21 versehen und somit fertig bearbeitet.In the embodiment of 1 the structuring leads to a tool profile 20 of the tool 10, and thus to a surface topography, with linear structural elements 21, which for reasons of clarity are greatly enlarged in the illustration on the right in 1 are shown. The tool profile 20 of the top surface 13 of the tool 10 perpendicular to the direction of extension of the structural elements 21 corresponds approximately to a sinusoidal curve in which depressions 22 and elevations 23 of the same size are formed one after the other at a fixed distance Δd, which is referred to as the lateral period in the sense of the invention are arranged and wherein there is a continuous transition between the depressions 22 and elevations 23; this will be in 1 indicated by solid lines. The lateral period Δd between a depression 22 and a depression 22 adjacent thereto is 10 μm in the exemplary embodiment shown. The ridges 23 are arranged in the same lateral period Δd. This in 1 The tool 10 shown on the right is provided with linear structural elements 21 over its entire surface on its cover surface 13 and is thus finish-machined.

Das in 1 rechts dargestellte, fertig bearbeitete Werkzeug 10 wird anschließend als Prägewerkzeug bzw. Prägestempel in einer in 2 nicht dargestellten Prägevorrichtung verwendet und dem zu bearbeitenden Werkstück 12 gegenüber gestellt, so dass die Deckfläche 13 des Werkzeugs 10 dem Werkstück 12 zugewandt ist. Im Ausführungsbeispiel der 2 ist das Werkstück 12 ein Blech aus Messing (CuZn30). Indem das Werkzeug 10 mit dem bereits erwähnten Werkzeugprofil 20 mit einem Anpressdruck von 1.500 MPa auf das Werkstück 12, damit entlang einer senkrecht zur Werkstückoberfläche 13 angeordneten Bearbeitungsachse 24, gepresst wird, erfolgt eine zumindest partielle Abformung des Werkzeugprofils 20 auf das Werkstück 12 als plastische Verformung, wobei das Werkstück 12 mit einem Werkstückprofil 25 versehen wird, das zumindest bereichsweise zu dem Werkzeugprofil 20 korrespondiert, insbesondere zumindest teilweise komplementär zu diesem ausgebildet ist. In der linken Darstellung der 2 ist die Bearbeitungsachse 24 durch einen großen grauen Pfeil verdeutlicht. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine vollflächige Strukturierung des Werkstücks 12 gewünscht, wobei die strukturierte Deckfläche 13 des Werkzeugs 10 wesentlicher kleiner ist als die zu strukturierende Oberfläche des Werkstücks 12. Daher wird das Werkzeug 10 nach diesem Bearbeitungsschritt relativ zum Werkstück 12 bewegt, woraufhin eine erneute Prägung mit dem genannten Anpressdruck erfolgt. Anschließend wird dieser Vorgang solange wiederholt, bis das Werkstück 12 vollflächig strukturiert ist. Dieser Vorgang wird auch als Stitching bezeichnet und ist in der linken Darstellung durch die kleinen grauen Pfeile verdeutlicht. Das fertig strukturierte Werkstück 12 ist in 2 rechts dargestellt, woraus ersichtlich ist, dass das Werkstückprofil 25 zumindest teilweise komplementär zum Werkzeugprofil 20 ausgebildet ist, indem das Werkstückprofil 25 Vertiefungen 22 aufweist, die in der gleichen lateralen Periode Δd angeordnet sind wie die Vertiefungen 22 des Werkzeugprofils 20.This in 1 The finished tool 10 shown on the right is then used as an embossing tool or embossing die in an in 2 embossing device, not shown, is used and placed opposite the workpiece 12 to be machined, so that the top surface 13 of the tool 10 faces the workpiece 12 . In the embodiment of 2 the workpiece 12 is a sheet of brass (CuZn30). By pressing the tool 10 with the already mentioned tool profile 20 onto the workpiece 12 with a contact pressure of 1,500 MPa, thus along a processing axis 24 arranged perpendicularly to the workpiece surface 13, an at least partial molding of the tool profile 20 onto the workpiece 12 takes place as a plastic deformation , wherein the workpiece 12 is provided with a workpiece profile 25, which at least partially corresponds to the tool profile 20, in particular is at least partially complementary to this. In the illustration on the left 2 the machining axis 24 is illustrated by a large gray arrow. In the exemplary embodiment shown, a full-surface structuring of the workpiece 12 is desired, with the structured top surface 13 of the tool 10 being significantly smaller than the surface of the workpiece 12 to be structured. Therefore, after this processing step, the tool 10 is moved relative to the workpiece 12, whereupon renewed embossing with the specified contact pressure. Subsequently, this process is as long repeated until the workpiece 12 is structured over its entire surface. This process is also referred to as stitching and is illustrated by the small gray arrows in the illustration on the left. The finished structured workpiece 12 is in 2 shown on the right, from which it can be seen that the workpiece profile 25 is at least partially complementary to the tool profile 20 in that the workpiece profile 25 has indentations 22 which are arranged in the same lateral period Δd as the indentations 22 of the tool profile 20.

3 zeigt eine weitere Möglichkeit zur Herstellung eines Werkzeugs 10 mit einem Werkzeugprofil 20, das sich von jenem des Ausführungsbeispiels der 1 unterscheidet. Hierzu wird das Werkzeug 10 als Werkzeugrohling 11 mittels der Laserbearbeitungsvorrichtung 14 zunächst ähnlich zum Ausführungsbeispiel der 1 auf seiner Deckfläche 13 vollflächig mit einem Werkzeugprofil 20 mit linienförmigen Strukturelementen 21 als erste Vertiefungen 22 versehen, so dass diesbezüglich zur Vermeidung von Wiederholungen auf die vorstehenden Äußerungen verwiesen wird. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 1 beträgt die Pulsenergie der Laserstrahlung 80 µJ und zur Strukturierung werden 20 Einzelpulse überlagert. Das dadurch erhaltene, erste Werkzeugprofil 20 der dritten Darstellung von 3 ähnelt qualitativ dem Werkzeugprofil 20 gemäß 1, weist jedoch im Gegensatz zu dieser eine kleinere laterale Periode Δd von 6 µm auf. Nach dieser ersten Strukturierung wird das Werkzeug 10 im Übergang von der in 3 dritten Darstellung zur vierten Darstellung um 90° um seine Erstreckungsachse A gedreht und abermals in der Laserbearbeitungsvorrichtung 14 bereitgestellt, so dass anschließend eine weitere, vollflächige Strukturierung der Deckfläche 13 mit den gleichen Parametern der ersten Strukturierung erfolgt. 3 shows another possibility for the production of a tool 10 with a tool profile 20, which differs from that of the embodiment of FIG 1 differs. For this purpose, the tool 10 as a tool blank 11 by means of the laser processing device 14 is initially similar to the embodiment of FIG 1 provided on its top surface 13 over the entire surface with a tool profile 20 with linear structural elements 21 as first depressions 22, so that in this regard reference is made to the above statements to avoid repetition. In contrast to the embodiment of 1 the pulse energy of the laser radiation is 80 µJ and 20 individual pulses are superimposed for structuring. The first tool profile 20 of the third representation of FIG 3 qualitatively similar to the tool profile 20 according to 1 , but in contrast to this, it has a smaller lateral period Δd of 6 µm. After this first structuring, the tool 10 in the transition from the in 3 third representation rotated by 90 ° to the fourth representation about its axis of extension A and again provided in the laser processing device 14, so that a further, full-surface structuring of the top surface 13 is then carried out with the same parameters of the first structuring.

Im Ergebnis weist das in 3 rechts gezeigte Werkzeug 10 ein Werkzeugprofil 20 mit einer säulenförmigen Strukturierung mit Erhebungen 23 auf, die in einer ersten Richtung R1 mit einer ersten lateralen Periode Δd von 6 µm hintereinander angeordnet sind, und die außerdem in einer zweiten Richtung R2, die senkrecht zur ersten Richtung R1 angeordnet ist, mit einer zweiten lateralen Periode Δd von ebenfalls 6 µm hintereinander angeordnet sind. Da zwei benachbarte Erhebungen 23 des Werkzeugprofils 20 jeweils von einer Vertiefung 22 getrennt sind, weist das Werkzeugprofil 20 erste Vertiefungen 22 entlang der ersten Richtung R1 auf, die in der ersten lateralen Periode Δd angeordnet sind, sowie zweite Vertiefungen 22 entlang der zweiten Richtung R2, die in der zweiten lateralen Periode Δd angeordnet sind, wobei in 3 nur eine laterale Periode Δd eingezeichnet ist. Der Bereich der zweiten Vertiefungen 22 überlappt den Bereich der ersten Vertiefungen 22 und die ersten Vertiefungen und die zweiten Vertiefungen 22 werden in separaten Arbeitsschritten erzeugt.As a result, the in 3 Tool 10 shown on the right has a tool profile 20 with a columnar structure with elevations 23, which are arranged one behind the other in a first direction R 1 with a first lateral period Δd of 6 μm, and also in a second direction R 2 , which is perpendicular to the first Direction R 1 is arranged, are also arranged with a second lateral period Δd of 6 microns one behind the other. Since two adjacent elevations 23 of the tool profile 20 are each separated by a depression 22, the tool profile 20 has first depressions 22 along the first direction R1 , which are arranged in the first lateral period Δd, and second depressions 22 along the second direction R 2 arranged in the second lateral period Δd, where in 3 only one lateral period Δd is drawn. The area of the second indentations 22 overlaps the area of the first indentations 22 and the first indentations and the second indentations 22 are produced in separate work steps.

Das in 3 rechts gezeigte Werkzeug 10 wird als Prägestempel dem zu bearbeitenden Werkstück 12 gemäß 4 gegenüber gestellt, wobei die Deckfläche 13 dem Werkstück 12 zugewandt ist. Die Bearbeitung des Werkstücks 12 durch das Werkzeug 10 erfolgt durch einen Anpressdruck von 1.200 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24, so dass das säulenförmige Werkzeugprofil 20 teilweise komplementär auf das Werkstück 12 abgeformt wird mit dem Ergebnis, dass das Werkstück 12 ein Werkstückprofil 25 mit Vertiefungen 22 aufweist, die, ähnlich zu den Erhebungen 23 des Werkzeugs 10, in zwei zueinander senkrecht angeordneten Richtungen R1, R2 jeweils in einer lateralen Periode Δd von 6 µm hintereinander angeordnet sind. Die vollflächige Bearbeitung des Werkstücks 12 erfolgt wie bereits in Zusammenhang mit 2 beschrieben im Sinne des Stitchings, was durch die grauen Pfeile in der linken Darstellung der 4 verdeutlicht ist. Die rechte Darstellung der 4 zeigt das vollflächig mit dem Werkzeug 10 bearbeitete Werkstück 12 mit dem bereits erwähnten Werkstückprofil 25.This in 3 The tool 10 shown on the right is used as an embossing stamp in accordance with the workpiece 12 to be machined 4 placed opposite, with the top surface 13 facing the workpiece 12. The machining of the workpiece 12 by the tool 10 takes place by means of a contact pressure of 1,200 MPa along the machining axis 24, so that the columnar tool profile 20 is shaped partially complementary to the workpiece 12, with the result that the workpiece 12 has a workpiece profile 25 with indentations 22 , which, similar to the elevations 23 of the tool 10, are arranged one behind the other in two mutually perpendicular directions R 1 , R 2 , each with a lateral period Δd of 6 μm. The full-surface machining of the workpiece 12 takes place as already in connection with 2 described in terms of the stitching, which is indicated by the gray arrows in the left illustration of the 4 is clarified. The right representation of 4 shows the workpiece 12 machined over the entire surface with the tool 10 with the workpiece profile 25 already mentioned.

Im Ausführungsbeispiel der 5 erfolgt die Strukturierung des Werkzeugs 10 als Werkzeugrohling 11 ähnlich zum Ausführungsbeispiel der 3 in zwei Bearbeitungsschritten. Zunächst wird der zylindrische Werkzeugrohling 11 aus einem Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetall (WC-Co) in der Laserbearbeitungsvorrichtung 14 bereitgestellt, die die Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 in einem ersten Bearbeitungsschritt mit einer ersten Gruppe von Vertiefungen 22 strukturiert. Dieser erste Bearbeitungsschritt erfolgt durch Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von 100 fs und einer Pulsenergie von 20 µJ, wobei drei Teilstrahlen 17, 18, 26 miteinander interferieren und zehn Einzelpulse überlagert werden. Danach wird die Laserbearbeitungsvorrichtung 14 relativ zum Werkzeugrohling 11 derart bewegt, dass erneut eine Strukturierung erfolgt, bis die gesamte Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 strukturiert ist und das in der mittigen Darstellung von 5 gezeigte Werkzeugprofil 20 ausgebildet ist. Aufgrund der genannten Strukturierungsparameter weist das Werkzeugprofil 20 nach der Strukturierung des Werkzeugs 10 eine periodische Anordnung von Vertiefungen 22 auf, die auch Senken genannt werden, wobei das Werkzeugprofil 20 drei Achsen entlang der Deckfläche 13 des Werkzeugs 10 aufweist, entlang derer die Vertiefungen 22 in der jeweils gleichen lateralen Periode Δd angeordnet sind, wobei die laterale Perioden Δd der Vertiefungen 22 jeweils 1 µm betragen. Im Sinne der Erfindung wird diese Anordnung von Vertiefungen 22 auch als hexagonale Anordnung bezeichnet. Das vollflächig strukturierte Werkzeug 10 nach dem ersten Arbeitsschritt ist in der mittigen Darstellung von 5 gezeigt, wobei die Dimensionen der Vertiefungen 22 aus Übersichtsgründen nicht maßstabsgetreu sondern stark vergrößert dargestellt sind.In the embodiment of 5 the structuring of the tool 10 takes place as a tool blank 11 similar to the embodiment of FIG 3 in two processing steps. First, the cylindrical tool blank 11 made of a tungsten carbide-cobalt hard metal (WC-Co) is provided in the laser processing device 14, which structures the top surface 13 of the tool blank 11 with a first group of depressions 22 in a first processing step. This first processing step is carried out by laser radiation with a pulse duration of 100 fs and a pulse energy of 20 μJ, with three partial beams 17, 18, 26 interfering with one another and ten individual pulses being superimposed. Thereafter, the laser processing device 14 is moved relative to the tool blank 11 in such a way that structuring takes place again until the entire top surface 13 of the tool blank 11 is structured and that in the central representation of FIG 5 shown tool profile 20 is formed. Due to the structuring parameters mentioned, after the structuring of the tool 10, the tool profile 20 has a periodic arrangement of indentations 22, which are also called sinks, with the tool profile 20 having three axes along the top surface 13 of the tool 10, along which the indentations 22 in the are arranged in each case with the same lateral period Δd, the lateral periods Δd of the recesses 22 each being 1 μm. For the purposes of the invention, this arrangement of depressions 22 is also referred to as a hexagonal arrangement. The fully structured tool 10 after the first step is shown in the center of FIG 5 shown where For reasons of clarity, the dimensions of the depressions 22 are not shown to scale but are greatly enlarged.

In einem nachfolgenden Arbeitsschritt wird das Werkzeugprofil 20 mit einer weiteren Strukturierung versehen, deren Bereich den Bereich der ersten Strukturierung überlagert. Hierzu werden die Parameter der Laserbearbeitungsvorrichtung 14 geändert, so dass die zweite Strukturierung mittels Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von 100 fs, einer Pulsenergie von 30 µJ und durch zwei miteinander interferierende Laserstrahlen 17, 18 erfolgt, wobei die Strukturierung durch eine Überlagerung von zehn Pulsen erfolgt, bevor die Laserbearbeitungsvorrichtung 14 relativ zum Werkzeug 10 in bereits genannter Weise bewegt wird, um das Werkzeug 10 vollflächig zu strukturieren. Die zweite Strukturierung des Werkzeugs bewirkt eine Ausbildung von linienförmigen Strukturelementen 21 als Vertiefungen 22, die in einer lateralen Periode Δd von 2 µm hintereinander angeordnet sind. Durch die Überlagerung der ersten Strukturierung mit den hexagonal angeordneten Vertiefungen 22 in einer - ersten - lateralen Periode Δd von 1 µm mit der zweiten Strukturierung mit linienförmigen Strukturelementen 21 in einer - zweiten - lateralen Periode von 2 µm weist das Werkzeugprofil 20 eine periodische, gleichzeitig aber auch hierarchische Strukturierung auf, die in der rechten Darstellung der 5 gezeigt ist, und die als dominantes Element die linienförmigen Vertiefungen 22 gemäß der zweiten Strukturierung aufweist, wobei in den nicht im Rahmen der zweiten Strukturierung bearbeiteten Bereichen die hexagonale Anordnung der Vertiefungen 22 gemäß der ersten Strukturierung mit einer im Vergleich zur zweiten Strukturierung kleinerer lateralen Periode Δd ausgebildet ist.In a subsequent work step, the tool profile 20 is provided with a further structuring, the area of which overlaps the area of the first structuring. For this purpose, the parameters of the laser processing device 14 are changed so that the second structuring takes place by means of laser radiation with a pulse duration of 100 fs, a pulse energy of 30 μJ and by two laser beams 17, 18 interfering with one another, with the structuring taking place by means of a superimposition of ten pulses, before the laser processing device 14 is moved relative to the tool 10 in the manner already mentioned in order to structure the tool 10 over the entire surface. The second structuring of the tool causes linear structural elements 21 to be formed as depressions 22, which are arranged one behind the other in a lateral period Δd of 2 μm. By superimposing the first structuring with the hexagonally arranged depressions 22 in a - first - lateral period Δd of 1 µm with the second structuring with linear structural elements 21 in a - second - lateral period of 2 µm, the tool profile 20 has a periodic, but at the same time also hierarchical structuring, which is shown in the right-hand representation of the 5 is shown, and which has the linear depressions 22 according to the second structuring as the dominant element, with the hexagonal arrangement of the depressions 22 according to the first structuring having a smaller lateral period Δd compared to the second structuring in the areas not processed as part of the second structuring is trained.

Nachdem das Werkzeugprofil 20 mit der hierarchischen Strukturierung gemäß der rechten Darstellung von 5 versehen ist, wird das Werkzeug 10 einem zu prägenden Blech aus Messing (CuZn30) als Werkstück 12 gegenüber gestellt. Anschließend wird das Werkstück 12 mit dem Werkzeug 10 unter einem Anpressdruck von 3.500 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 beaufschlagt, wobei das Werkzeug 10 als Prägestempel mit einer Frequenz im Ultraschallbereich vibriert wird, um den Abformprozess zu optimieren. Dadurch erfolgt eine vollständige Abformung des Werkzeugprofils 20 auf das Werkstück 12, das damit ein zum Werkzeugprofil 20 komplementäres Werkstückprofil 25 aufweist. Aufgrund der gegen die Oberfläche des Werkstücks 12 kleineren Oberfläche des Werkzeugs 10 erfolgt die vollflächige Strukturierung des Werkstücks 12 durch ein sukzessives Bewegen des Werkzeugs 10 relativ zum Werkstück 12 im Sinne des bereits genannten Stitchings, was in der linken Darstellung der 6 durch die grauen Pfeile dargestellt ist. Das fertige, vollflächig strukturiere Werkstück 12 ist in 6 rechts gezeigt, wobei das Werkstückprofil 25 wie bereits erwähnt komplementär zu dem Werkzeugprofil 20 ausgestaltet ist.After the tool profile 20 with the hierarchical structure according to the right representation of 5 is provided, the tool 10 is placed opposite a sheet of brass (CuZn30) to be embossed as the workpiece 12 . The workpiece 12 is then subjected to the tool 10 with a contact pressure of 3,500 MPa along the processing axis 24, with the tool 10 being vibrated as an embossing die with a frequency in the ultrasonic range in order to optimize the molding process. This results in a complete molding of the tool profile 20 onto the workpiece 12 , which thus has a workpiece profile 25 that is complementary to the tool profile 20 . Due to the smaller surface of the tool 10 compared to the surface of the workpiece 12, the full-surface structuring of the workpiece 12 takes place by successively moving the tool 10 relative to the workpiece 12 in the sense of the stitching already mentioned, which is shown in the left-hand representation of the 6 represented by the gray arrows. The finished, fully structured workpiece 12 is in 6 shown on the right, the workpiece profile 25 being designed to complement the tool profile 20, as already mentioned.

7 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung des Werkzeugs 10 durch die Strukturierung eines zylindrischen Werkzeugrohlings 11 aus einem Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetall (WC-Co), bei dem dieser ähnlich zu den vorigen Ausführungsbeispielen in der Laserbearbeitungsvorrichtung 14 bereitgestellt wird. Die Strukturierung erfolgt mittels linear polarisierter Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von 5 ps und einer Pulsenergie von 50 µJ, wobei zur Strukturierung 200 Pulse überlagert werden. Gemäß der linken Darstellung von 7 geht hervor, dass die Strukturierung mittels zweier miteinander interferierender Teilstrahlen 17, 18 erfolgt, wobei die lineare Polarisation P der Teilstrahlen 17, 18 jeweils so gewählt ist, dass die Polarisationsebene parallel zu der zu strukturierenden Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 angeordnet ist. Durch die Strukturierung des Werkzeugrohlings 11 weist das Werkzeugprofil 20 sinusförmige, linienförmige Strukturelemente 21 als Gruppe von Vertiefungen 22 auf, die in einer lateralen Periode Δd von 6 µm hintereinander angeordnet sind, ähnlich zu dem Ausführungsbeispiel der 1. 7 shows a further embodiment of the method for producing the tool 10 by structuring a cylindrical tool blank 11 made of a tungsten carbide-cobalt hard metal (WC-Co), in which this is provided in the laser processing device 14 similar to the previous exemplary embodiments. Structuring is carried out using linearly polarized laser radiation with a pulse duration of 5 ps and a pulse energy of 50 μJ, with 200 pulses being superimposed for structuring. According to the illustration on the left 7 shows that the structuring is carried out by means of two mutually interfering partial beams 17, 18, the linear polarization P of the partial beams 17, 18 being selected in each case so that the plane of polarization is arranged parallel to the top surface 13 of the tool blank 11 to be structured. Due to the structuring of the tool blank 11, the tool profile 20 has sinusoidal, linear structural elements 21 as a group of depressions 22, which are arranged one behind the other in a lateral period Δd of 6 μm, similar to the exemplary embodiment in FIG 1 .

Im Ausführungsbeispiel der 7 wird diese - primäre - Strukturierung durch eine weitere - sekundäre - Strukturierung überlagert, die sich aufgrund der Polarisierung der miteinander interferierenden Teilstrahlen 17, 18 ausbildet. Diese sekundäre Strukturierung entsteht aufgrund der vorstehend beschriebenen linearen Polarisation der Teilstrahlen 17, 18 und bewirkt die zusätzliche Erzeugung von ebenfalls linienförmigen Strukturelementen 21 als eine weitere Gruppe von Vertiefungen 22 auf, die Strukturgrößen, insbesondere eine laterale Periode Δd, aufweisen, die in etwa höchstens der Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlung entspricht. Die Vertiefungen 22 der sekundären Strukturierung sind im Wesentlichen unter einem Winkel von 0° relativ zur linearen Polarisation der Teilstrahlen 17, 18 und unter einem Winkel von 90° relativ zu den Vertiefungen 22 der primären Strukturierung angeordnet. Die Erstreckungsrichtungen der linienförmigen Strukturelemente 21 der sekundären Strukturierung sind daher im Wesentlichen senkrecht zur Polarisation der Teilstrahlen 17, 18 angeordnet. Die Erzeugung der ersten Gruppe von Vertiefungen 22 als primäre Strukturierung und der zweiten Gruppe von Vertiefungen 22 erfolgt in einem einzigen Arbeitsschritt durch die bereits erwähnte Überlagerung von 200 Pulsen und aufgrund der Polarisation der Teilstrahlen 17, 18. Das Werkzeug 10 wird in der bereits erwähnten Weise vollflächig strukturiert; das vollflächig strukturierte Werkzeug 10 ist in der rechten Darstellung von 7 gezeigt.In the embodiment of 7 This - primary - structuring is superimposed by a further - secondary - structuring, which forms due to the polarization of the mutually interfering partial beams 17, 18. This secondary structuring occurs due to the above-described linear polarization of the partial beams 17, 18 and causes the additional generation of linear structural elements 21 as a further group of depressions 22, which have structural sizes, in particular a lateral period Δd, which is approximately at most the Wavelength corresponds to the laser radiation used. The depressions 22 of the secondary structuring are essentially arranged at an angle of 0° relative to the linear polarization of the partial beams 17, 18 and at an angle of 90° relative to the depressions 22 of the primary structuring. The directions of extent of the linear structure elements 21 of the secondary structuring are therefore arranged essentially perpendicular to the polarization of the partial beams 17 , 18 . The production of the first group of depressions 22 as primary structuring and the second group of depressions 22 takes place in a single step by the already mentioned superimposition of 200 pulses and due to the polarization of the partial beams 17, 18. The tool 10 is in the manner already mentioned fully structured; the full-surface structured tool 10 is shown in the right illustration of FIG 7 shown.

Mit dem gemäß 7 hergestellten Werkzeug 10 wird anschließend gemäß der linken Darstellung von 8 ein Blech aus Messing (CuZn30) als Werkstück 12 bearbeitet, indem das Werkzeug 10 als Prägestempel mit einem Anpressdruck von 2.000 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 auf das Werkstück 12 gepresst wird, wobei zeitgleich hierzu das Werkzeug 10 mit Frequenzen im Ultraschall-Bereich entlang der Bearbeitungsachse 24 vibriert wird, um den Abformprozess zu optimieren. Das Werkzeugprofil 20 wird dadurch nicht in seiner vollständigen Höhe, sondern nur teilweise als hierzu komplementäre Struktur auf das Werkstückprofil 25 abgeformt, wobei das Werkstückprofil 25 die primäre Strukturierung mit den in einer lateralen Periode Δd von 6 µm hintereinander angeordneten linienförmigen Strukturelementen 21 und auch die hiermit überlagerte sekundäre Strukturierung mit den zur ersten Strukturierung senkrecht angeordneten linienförmigen Strukturelementen 21 mit Abmessungen aufweist, die im Wesentlichen kleiner als die Wellenlänge der Laserstrahlung sind. Nach Kenntnis der Anmelderin ist die Erzeugung dieser - überlagerten - Strukturierung als Werkstückprofil 25 auf Messing (CuZn30) nicht mit einer unmittelbaren Bearbeitung mittels Laserstrahlung möglich sondern nur mit dem vorstehend beschriebenen Abformprozess, da bei letzterem keine Schmelzdynamiken bei der Erzeugung der Strukturierung auf dem Werkstückprofil erfolgen. Die Bearbeitung des Werkstücks 12, mithin die Erzeugung der überlagerten Strukturierung auf dem Werkstückprofil 25 erfolgt mit einem einzigen Anpress- oder Prägeschritt. Die vollflächige Strukturierung des Werkstücks 12 erfolgt anschließend im Sinne des Stitchings wie dies bereits beschrieben wurde. Das vollflächig strukturierte Werkstück 12 ist in 8 rechts gezeigt.With the according 7 manufactured tool 10 is then shown in accordance with the left representation of 8th a sheet of brass (CuZn30) is machined as workpiece 12 by pressing tool 10 as an embossing stamp onto workpiece 12 with a contact pressure of 2,000 MPa along machining axis 24, with tool 10 being used at frequencies in the ultrasonic range along the machining axis at the same time 24 is vibrated to optimize the molding process. As a result, tool profile 20 is not molded onto workpiece profile 25 over its entire height, but only partially as a structure complementary thereto, workpiece profile 25 being the primary structuring with the linear structural elements 21 arranged one behind the other in a lateral period Δd of 6 µm and also the herewith has superimposed secondary structuring with the linear structural elements 21 arranged perpendicularly to the first structuring and having dimensions which are essentially smaller than the wavelength of the laser radiation. As far as the applicant is aware, the generation of this - superimposed - structuring as a workpiece profile 25 on brass (CuZn30) is not possible with direct processing using laser radiation, but only with the molding process described above, since the latter does not involve any melting dynamics when generating the structuring on the workpiece profile . The machining of the workpiece 12, and thus the generation of the superimposed structuring on the workpiece profile 25, takes place with a single pressing or embossing step. The full-surface structuring of the workpiece 12 then takes place in terms of stitching, as has already been described. The fully structured workpiece 12 is in 8th shown on the right.

9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel , bei dem der Werkzeugrohling 11 analog zum Ausführungsbeispiel der 7 strukturiert wird, insbesondere ebenfalls mit Laserstrahlung mit einer Pulsdauer von 5 ps und einer Pulsenergie von 50 µJ. Die Strukturierung erfolgt mittels zweier miteinander interferierender Teilstrahlen 17, 18, wobei die lineare Polarisation P der Teilstrahlen 17, 18 jeweils so gewählt ist, dass die Polarisationsachsen der Teilstrahlen 17, 18 abermals jeweils einen Winkel von 0° relativ zu der zu strukturierenden Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 einschließen; die Polarisationsachsen der Teilstrahlen 17, 18 sind daher jeweils parallel zur Deckfläche 13 des Werkzeugrohlings 11 und außerdem senkrecht zu den Polarisationsachsen der Teilstrahlen 17, 18 im Ausführungsbeispiel der 7 ausgerichtet. Analog zum Ausführungsbeispiel der 7 erfolgt die Strukturierung des Werkzeugrohlings 11 durch eine Überlagerung von 200 Laserpulsen. Das vollflächig strukturierte Werkzeug 10 ist in 9 rechts dargestellt, wobei dessen Werkzeugprofil 20 eine primäre Strukturierung mit einer ersten Gruppe von sinusförmigen, linienförmigen Strukturelementen 21 als Vertiefungen 22 aufweist, die in einer lateralen Periode Δd von 6 µm angeordnet sind und insofern der primären Strukturierung des Ausführungsbeispiels gemäß 7 entspricht. Aufgrund der linearen Polarisation P der Teilstrahlen 17, 18 weist das Werkzeugprofil 20 eine sekundäre Strukturierung mit linienförmigen Strukturelementen 21 auf, die die primäre Struktur überlagern und die in der Größenordnung von höchstens der verwendeten Wellenlänge ausgebildet sind. Bedingt durch die Ausrichtung der linearen Polarisationsvektoren P der Teilstrahlen 17, 18 ist die sekundäre Strukturierung mit den linienförmigen Strukturelementen 21 als Vertiefungen 22 parallel zur Erstreckungsrichtung der primären Strukturierung und damit senkrecht zu der sekundären Strukturierung des Ausführungsbeispiels gemäß 7 angeordnet. Die Strukturierung des Werkzeugrohlings 11, einschließlich der primären und sekundären Strukturierung, erfolgt in einem einzigen Arbeitsschritt. 9 zeigt rechts das vollflächig strukturierte Werkzeug 10. 9 shows another embodiment in which the tool blank 11 analogous to the embodiment of FIG 7 is structured, in particular also with laser radiation with a pulse duration of 5 ps and a pulse energy of 50 μJ. The structuring is carried out by means of two mutually interfering partial beams 17, 18, with the linear polarization P of the partial beams 17, 18 being selected in such a way that the polarization axes of the partial beams 17, 18 again each have an angle of 0° relative to the top surface 13 of the include tool blank 11; the polarization axes of the partial beams 17, 18 are therefore parallel to the top surface 13 of the tool blank 11 and also perpendicular to the polarization axes of the partial beams 17, 18 in the embodiment of FIG 7 aligned. Analogous to the embodiment of 7 the structuring of the tool blank 11 takes place by superimposing 200 laser pulses. The fully structured tool 10 is in 9 shown on the right, its tool profile 20 having a primary structuring with a first group of sinusoidal, linear structural elements 21 as depressions 22, which are arranged in a lateral period Δd of 6 μm and in this respect the primary structuring of the exemplary embodiment 7 is equivalent to. Due to the linear polarization P of the partial beams 17, 18, the tool profile 20 has a secondary structuring with linear structural elements 21 which overlay the primary structure and which are designed in the order of at most the wavelength used. Due to the alignment of the linear polarization vectors P of the partial beams 17, 18, the secondary structuring with the linear structural elements 21 as depressions 22 is parallel to the direction of extension of the primary structuring and thus perpendicular to the secondary structuring of the exemplary embodiment 7 arranged. The structuring of the tool blank 11, including the primary and secondary structuring, takes place in a single work step. 9 shows the fully structured tool 10 on the right.

Mit dem gemäß 9 hergestellten Werkzeug 10 wird gemäß 10 das Werkstück 12, hier exemplarisch ein Blech aus Messing (CuZn30) bearbeitet und strukturiert, wobei die Strukturierung durch einen Anpressdruck des Werkzeugs 10 auf das Werkstück von 2.000 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 und einer gleichzeitigen Vibration des Werkzeugs 10 entlang der Bearbeitungsachse 24 mit einer Vibrationsfrequenz im Ultraschall-Bereich erfolgt. Hierdurch erfolgt eine partielle Abformung des Werkzeugprofils 20 auf das Werkstückprofil 25, wobei das Werkstückprofil 25 eine zum Werkzeugprofil 20 komplementär ausgebildete Struktur aufweist, so dass diesbezüglich auf die vorstehende Beschreibung des Werkzeugprofils 20 gemäß 9 verwiesen wird. Die vollflächige Bearbeitung des Werkstücks 12 erfolgt im Wege des bereits beschriebenen Stitchings, was durch die grauen Pfeile in der rechten Darstellung der 10 gezeigt ist. Das vollflächig bearbeitete Werkstück 12 ist in 10 rechts dargestellt.With the according 9 manufactured tool 10 is in accordance with 10 the workpiece 12, here as an example a sheet of brass (CuZn30) is machined and structured, with the structuring being carried out by a contact pressure of the tool 10 on the workpiece of 2,000 MPa along the processing axis 24 and a simultaneous vibration of the tool 10 along the processing axis 24 with a vibration frequency in the ultrasonic range. This results in a partial molding of the tool profile 20 on the workpiece profile 25, the workpiece profile 25 having a structure designed to complement the tool profile 20, so that in this respect the above description of the tool profile 20 according to 9 is referenced. The full-surface processing of the workpiece 12 takes place in the way of the stitching already described, which is indicated by the gray arrows in the right-hand representation of FIG 10 is shown. The fully machined workpiece 12 is in 10 shown on the right.

Die 11 bis 14 zeigen eine weitere Ausgestaltung. Gemäß 11 wird hierbei ein Werkzeugrohling 11 aus einem Wolframcarbid-Cobalt-Hartmetall (WC-Co) analog zum Ausführungsbeispiel der 1 mit einem Werkzeugprofil 20 mit linienförmigen Strukturelementen 21 als Vertiefungen 22 mit einer lateralen Periode Δd von 10 µm versehen. Mit dem insofern hergestellten Werkzeug 10 erfolgt anschließend in einem ersten Bearbeitungsschritt eine vollflächige Strukturierung eines Blechs aus Messing (CuZn30) als Werkstück 12, wie dies bereits in Zusammenhang mit 2 beschrieben wird, wobei abweichend vom Ausführungsbeispiel der 2 nun ein Anpressdruck von 1.000 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 verwendet wird. Das vollflächig strukturierte Werkstück 12 ist in 12 rechts dargestellt.The 11 until 14 show another configuration. According to 11 here is a tool blank 11 made of a tungsten carbide-cobalt hard metal (WC-Co) analogous to the embodiment of FIG 1 provided with a tool profile 20 with linear structural elements 21 as depressions 22 with a lateral period Δd of 10 μm. In a first processing step, the tool 10 produced in this way is used to structure a sheet of brass (CuZn30) as a workpiece 12 over its entire surface, as has already been done in connection with FIG 2 is described, which differs from the embodiment of 2 now a contact pressure of 1,000 MPa ent along the machining axis 24 is used. The fully structured workpiece 12 is in 12 shown on the right.

Nach der vollflächigen Strukturierung des Werkstücks 12 wird das Werkzeug 10 gemäß 13 um 90° um seine Erstreckungsachse A derart gedreht, dass die linienförmigen Strukturelemente 21 nun senkrecht zu den Strukturelementen 21 des Werkstücks 12 ausgerichtet sind. Dies ist in der rechten Darstellung der 13 gezeigt. In dieser Ausrichtung wird das Werkzeug 10 in einem zweiten Bearbeitungsschritt mit einem Anpressdruck von 1.000 MPa entlang der Erstreckungsachse 24 auf das Werkstück 12 beaufschlagt, so dass sich eine überlagerte Strukturierung des Werkstücks 12 als Werkstückprofil 25 ausbildet, das im gezeigten Ausführungsbeispiel als Schachbrettmuster erkennbar ist. 14 zeigt links das noch nicht vollständig mit dem zweiten Bearbeitungsschritt strukturierte Werkstück 12. Die vollflächige Strukturierung des Werkstücks 12 erfolgt durch das bereits erläuterte Stitching; das vollflächig strukturierte Werkstück 12 ist in 14 rechts gezeigt. Die - überlagerte - Strukturierung des Werkstückprofils 25 wird daher durch ein einziges Werkzeug 10 mit einer einzigen, primären Strukturierung in zwei aufeinander folgende Bearbeitungsschritten erhalten, wobei das Werkzeug 10 zwischen den Bearbeitungsschritten um 90° um seine Erstreckungsachse A gedreht wird.After the full-surface structuring of the workpiece 12, the tool 10 according to 13 rotated by 90° about its axis of extension A in such a way that the linear structural elements 21 are now aligned perpendicular to the structural elements 21 of the workpiece 12 . This is in the right representation of the 13 shown. In this alignment, in a second processing step, the tool 10 is subjected to a contact pressure of 1,000 MPa along the axis of extension 24 on the workpiece 12, so that a superimposed structuring of the workpiece 12 is formed as a workpiece profile 25, which can be seen as a checkerboard pattern in the exemplary embodiment shown. 14 shows on the left the workpiece 12 which has not yet been completely structured in the second processing step. The full-area structuring of the workpiece 12 is effected by the stitching already explained; the fully structured workpiece 12 is in 14 shown on the right. The - superimposed - structuring of the workpiece profile 25 is therefore obtained by a single tool 10 with a single, primary structuring in two successive processing steps, the tool 10 being rotated by 90° about its axis of extension A between the processing steps.

Die 15 und 16 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem von einem vollflächig strukturierten Werkzeug 10 gemäß 1 ausgegangen wird und das in der linken Darstellung von 15 gezeigt ist. Das Werkzeugprofil 20 weist insofern linienförmige Strukturelemente 21 als Vertiefungen 22 mit einer Tiefe von 10 µm gegenüber dem unstrukturierten Bereich der Deckfläche 13 auf, wobei die Vertiefungen 22 in einer lateralen Periode Δd von 10 µm hintereinander angeordnet sind. Ein Blech aus Messing (CuZn30) wird als Werkstück 12 mit dem insofern hergestellten Werkzeug 10 mit einem ersten Anpressdruck von 1.500 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 beaufschlagt, was in der mittigen Darstellung von 15 gezeigt wird. Hierdurch erfolgt eine nicht vollständige Abformung des Werkzeugprofils 20 auf das Werkstückprofil 25, wobei nur die Hälfte der Strukturtiefe des Werkzeugprofils 20, die im Sinne der Erfindung als Bearbeitungstiefe bezeichnet wird, abgeformt wird. Die Bearbeitungstiefe entspricht daher nicht der vollständigen Tiefe der Vertiefungen 22 des Werkzeugprofils 20. Im Ergebnis weist das Werkstückprofil 25 vergleichsweise scharfkantigen Plateaus mit einer Breite von jeweils 5 µm auf, die von Gräben als Vertiefungen von 5 µm Breite und 5 µm Tiefe voneinander getrennt sind. Nach Kenntnis der Anmelderin ist ein derartiges Werkstückprofil 25 nicht durch unmittelbare Strukturierung mittels Laserstrahlung herstellbar, da die dabei auftretenden Schmelzdynamiken zu einer Abrundung des Werkstückprofils führen und dieses beeinträchtigen. Die vollflächige Strukturierung des Werkstücks 12 erfolgt mittels Stitching; das vollflächig strukturierte Werkstück 12 ist in 15 rechts gezeigt.The 15 and 16 show a further exemplary embodiment in which a tool 10 structured over the entire surface according to FIG 1 is assumed and that in the left representation of 15 is shown. The tool profile 20 has linear structural elements 21 as indentations 22 with a depth of 10 μm compared to the unstructured area of the top surface 13, the indentations 22 being arranged one behind the other in a lateral period Δd of 10 μm. A sheet of brass (CuZn30) is applied as a workpiece 12 with the tool 10 produced in this respect with a first contact pressure of 1,500 MPa along the processing axis 24, which is shown in the central representation of FIG 15 will be shown. This results in an incomplete molding of the tool profile 20 on the workpiece profile 25, only half of the structural depth of the tool profile 20, which is referred to as the machining depth in the context of the invention, being molded. The processing depth therefore does not correspond to the full depth of the depressions 22 of the tool profile 20. As a result, the workpiece profile 25 has comparatively sharp-edged plateaus with a width of 5 μm each, which are separated from one another by trenches as depressions 5 μm wide and 5 μm deep. According to the applicant's knowledge, such a workpiece profile 25 cannot be produced by direct structuring by means of laser radiation, since the melting dynamics that occur in this way lead to a rounding of the workpiece profile and impair it. The full-surface structuring of the workpiece 12 takes place by means of stitching; the fully structured workpiece 12 is in 15 shown on the right.

16 verdeutlicht eine weitere Ausgestaltung der Bearbeitung eines Blechs aus Messing (CuZn30) als Werkstück 12 mit dem in 15 links gezeigten Werkstück 12, wobei die Strukturierung des Werkstücks 12 mit einem im Vergleich mit dem Verfahren der 15 größeren Anpressdruck von 3.500 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 und einer gleichzeitigen Vibration des Werkzeugs 10 als Prägestempel mit Frequenzen im Ultraschall-Bereich entlang der Bearbeitungsachse 24 erfolgt. Hierdurch wird eine vollständige Abformung des Werkzeugprofils 20 auf das Werkstückprofil 25 erhalten, so dass die vollständige Strukturtiefe von 10 µm des Werkzeugprofils 20 abgeformt wird. Die Bearbeitungstiefe des Verfahrens gemäß 16 ist damit, bedingt durch den größeren Anpressdruck, größer als die Bearbeitungstiefe des Verfahrens gemäß 15. Das Werkstückprofil 25 weist im Ergebnis eine Struktur mit sinusförmigen, linienförmigen Strukturelementen 21 auf, die eine Tiefe von 10 µm und eine laterale Periode Δd von 10 µm aufweisen. Das Werkstückprofil 25 ist insofern korrespondierend, insbesondere komplementär zum Werkzeugprofil 20. Die vollflächige Strukturierung des Werkstücks 12 erfolgt mittels Stitching und ist im Ergebnis in 16 rechts gezeigt. 16 illustrates a further embodiment of the processing of a sheet of brass (CuZn30) as a workpiece 12 with the in 15 Workpiece 12 shown on the left, wherein the structuring of the workpiece 12 with a compared with the method of 15 greater contact pressure of 3,500 MPa along the processing axis 24 and a simultaneous vibration of the tool 10 as an embossing stamp with frequencies in the ultrasonic range along the processing axis 24 takes place. In this way, a complete molding of the tool profile 20 on the workpiece profile 25 is obtained, so that the complete structural depth of 10 μm of the tool profile 20 is molded. The processing depth of the procedure according to 16 is therefore, due to the greater contact pressure, greater than the processing depth of the method 15 . As a result, the workpiece profile 25 has a structure with sinusoidal, linear structure elements 21 which have a depth of 10 μm and a lateral period Δd of 10 μm. The workpiece profile 25 is in this respect corresponding, in particular complementary, to the tool profile 20. The full-surface structuring of the workpiece 12 takes place by means of stitching and is the result in 16 shown on the right.

Die 17 und 18 veranschaulichen eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens zum Bearbeiten eines Werkstücks 12, das exemplarisch ein Blech aus Messing (CuZn30) ist. Das hierfür verwendete Werkzeug 10 ist in 17 links angeordnet und weist ein Werkzeugprofil 20 mit einer vollflächigen Strukturierung mit säulenförmigen Erhebungen 23 auf, wobei zwischen zwei benachbarten Erhebungen 23 eine Vertiefung 22 als Strukturelement 21 ausgebildet ist. Die Vertiefungen 22 selbst sind in zwei zueinander senkrecht ausgerichteten Richtungen periodisch hintereinander angeordnet. Insofern entspricht das Werkzeugprofil jenem des Ausführungsbeispiels gemäß 3. Quantitativ und im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der 3 weisen die Vertiefungen 23 jeweils eine Tiefe von 10 µm gegenüber dem unstrukturierten Bereich des Werkstücks 10 auf und sind in lateralen Perioden Δd von jeweils 10 µm hintereinander angeordnet.The 17 and 18 illustrate a further embodiment of the method for machining a workpiece 12, which is a sheet of brass (CuZn30) by way of example. The tool 10 used for this is in 17 arranged on the left and has a tool profile 20 with an all-over structuring with columnar elevations 23 , a depression 22 being formed as a structural element 21 between two adjacent elevations 23 . The indentations 22 themselves are periodically arranged one behind the other in two mutually perpendicular directions. In this respect, the tool profile corresponds to that of the exemplary embodiment according to FIG 3 . Quantitatively and in contrast to the embodiment of 3 the depressions 23 each have a depth of 10 μm compared to the unstructured area of the workpiece 10 and are arranged one behind the other in lateral periods Δd of 10 μm each.

Das Werkzeug 10 wird gemäß der mittigen Darstellung von 17 als Prägestempel mit einem - vergleichsweise geringen - Anpressdruck von 1.200 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 auf das Werkstück 12 gedrückt, so dass wie bereits beschrieben nur eine partielle Abformung des Werkzeugprofils 20 auf das Werkstückprofil 25 erfolgt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Werkzeugprofil 20 nur bis zur Hälfte der Strukturgeometrie von 10 µm abgeformt, was insofern der Bearbeitungstiefe entspricht. Dies führt dazu, dass das Werkstückprofil 25 scharfkantige Vertiefungen 22 mit einem Durchmesser von 5 µm aufweist, wobei die Vertiefungen 22 in einem kubischen periodischen Muster angeordnet sind. Nach Kenntnis der Anmelderin sind derartige Werkstückprofile 22, insbesondere dessen scharfkantige Vertiefungen 22 nicht mittels direkter Laserstrukturierung herstellbar. Die vollflächige Bearbeitung des Werkstücks 12 erfolgt durch Stitching, wie dies bereits beschrieben wurde. Das vollflächig bearbeitete Werkstück 12 ist in 17 rechts gezeigt.The tool 10 is in accordance with the central representation of 17 pressed as an embossing die with a—comparatively low—contact pressure of 1,200 MPa along the machining axis 24 onto the workpiece 12, so that, as already described, only a partial impression of the tool pro fils 20 on the workpiece profile 25 takes place. In the present exemplary embodiment, the tool profile 20 is formed only up to half of the structure geometry of 10 μm, which in this respect corresponds to the machining depth. This results in the workpiece profile 25 having sharp-edged indentations 22 with a diameter of 5 μm, the indentations 22 being arranged in a cubic periodic pattern. As far as the applicant is aware, workpiece profiles 22 of this type, in particular their sharp-edged depressions 22, cannot be produced by means of direct laser structuring. The full-area processing of the workpiece 12 takes place by stitching, as has already been described. The fully machined workpiece 12 is in 17 shown on the right.

In 18 wird ein weiteres Blech aus Messing (CuZn30) als Werkstück 12 mit dem Prägestempel als Werkzeug 10 gemäß 17 bearbeitet und strukturiert, wobei im Unterschied zu 17 ein vergleichsweise großer Anpressdruck von 3.500 MPa entlang der Bearbeitungsachse 24 mit einer zusätzlichen Vibration des Werkzeugs 10 während des Prägevorgangs mit Frequenzen im Ultraschall-Bereich verwendet wird, um eine möglichst vollständige Abformung des Werkzeugprofils 20 auf das Werkstückprofil 25 zu erhalten. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Abformung des Werkzeugprofils 20 bis zur vollständigen Strukturtiefe von 10 µm, so dass im Ergebnis das Werkzeugprofil 25 eine säulenförmige Topographie aufweist, deren Vertiefungen 22 eine Tiefe von 10 µm aufweisen und in zwei zueinander senkrechten, lateralen Perioden Δd von jeweils 10 µm hintereinander angeordnet sind. Das Werkstückprofil 25 ist damit komplementär zu dem Werkzeugprofil 20 ausgestaltet. Die vollflächige Bearbeitung des Werkstücks 12 erfolgt mittels Stitching, wie dies bereits beschrieben wurde und in 18 in der linken Darstellung durch die grauen Pfeile angedeutet ist. Das vollflächig bearbeitete Werkstück 12 ist in 18 rechts gezeigt.In 18 another sheet of brass (CuZn30) as workpiece 12 with the embossing die as tool 10 according to FIG 17 edited and structured, being in contrast to 17 a comparatively large contact pressure of 3,500 MPa along the processing axis 24 with an additional vibration of the tool 10 during the embossing process with frequencies in the ultrasonic range is used in order to obtain as complete an impression as possible of the tool profile 20 on the workpiece profile 25. In the present exemplary embodiment, the molding of the tool profile 20 takes place up to the complete structure depth of 10 µm, so that the result is that the tool profile 25 has a columnar topography, the indentations 22 of which have a depth of 10 µm and in two mutually perpendicular, lateral periods Δd of 10 µm are arranged one behind the other. The workpiece profile 25 is thus designed to be complementary to the tool profile 20 . The full-surface processing of the workpiece 12 takes place by means of stitching, as has already been described and in 18 is indicated by the gray arrows in the illustration on the left. The fully machined workpiece 12 is in 18 shown on the right.

Claims (20)

Werkzeug (10), insbesondere Stanz- oder Umformwerkzeug, strukturiert nach einem Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs (10) für die Bearbeitung eines Werkstücks (12), insbesondere eines Stanz- oder Umformwerkzeugs, bei dem ein metallischer Werkzeugrohling (11) in einer Laserbearbeitungsvorrichtung (14) bereitgestellt wird und die Laserbearbeitungsvorrichtung (14) den Werkzeugrohling (11) an einer Werkzeugoberfläche (13) mittels Interferenz von mindestens zwei Laserstrahlen (17, 18, 26) strukturiert, wobei die mindestens zwei Laserstrahlen (17, 18, 26) zumindest zeitweise Pulsdauern von höchstens 15 ps aufweisen und wobei durch die Strukturierung auf der Werkzeugoberfläche (13) ein Werkzeugprofil (20) mit mindestens einer Vertiefung (22) erzeugt wird. Tool (10), in particular a stamping or forming tool, structured according to a method for producing a tool (10) for machining a workpiece (12), in particular a stamping or forming tool, in which a metallic tool blank (11) is provided in a laser processing device (14) and the laser processing device (14) structures the tool blank (11) on a tool surface (13) by means of interference of at least two laser beams (17, 18, 26), wherein the at least two laser beams (17, 18, 26) at least at times have pulse durations of at most 15 ps and a tool profile (20) with at least one depression (22) being produced by the structuring on the tool surface (13). Werkzeug (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Vertiefung (22) mit einer Abmessung, insbesondere mit einer Tiefe gegenüber einem unstrukturierten Bereich der Werkzeugoberfläche (13), zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, erzeugt wird.tool (10) after claim 1 , characterized in that the at least one depression (22) is produced with a dimension, in particular with a depth relative to an unstructured area of the tool surface (13), between 10 nm and 50 µm, in particular between 100 nm and 15 µm. Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Vertiefungen (22) mit im Wesentlichen identischen Abmessungen, insbesondere mit im Wesentlichen identischen Tiefen erzeugt werden.Tool (10) according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that at least two depressions (22) are produced with essentially identical dimensions, in particular with essentially identical depths. Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Gruppe von Vertiefungen (22) in einem periodischen Muster auf der Werkzeugoberfläche (13) erzeugt wird.Tool (10) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that at least one group of depressions (22) is produced in a periodic pattern on the tool surface (13). Werkzeug (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gruppe von Vertiefungen (22) in dem periodischen Muster auf der Werkzeugoberfläche (13) mit einer lateralen Periode (Δd) zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, in mindestens einer Richtung entlang der Werkzeugoberfläche (13) erzeugt wird.tool (10) after claim 4 , characterized in that the group of depressions (22) in the periodic pattern on the tool surface (13) with a lateral period (Δd) between 10 nm and 50 µm, in particular between 100 nm and 15 µm, in at least one direction along the Tool surface (13) is generated. Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Gruppe von Vertiefungen (22) auf der Werkzeugoberfläche (13) mit einem linearen Verlauf und/oder mit einer rechteckigen, bevorzugt quadratischen Grundform und/oder mit einer kreisförmigen Grundform erzeugt wird.Tool (10) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that at least one group of depressions (22) is produced on the tool surface (13) with a linear course and/or with a rectangular, preferably square basic shape and/or with a circular basic shape. Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei erste Vertiefungen (22), insbesondere eine erste Gruppe von Vertiefungen (22), mit einer ersten lateralen Periode (Δd) zwischen 10 nm und 50 µm, insbesondere zwischen 100 nm und 15 µm, erzeugt werden und zumindest zwei zweite Vertiefungen (22), insbesondere eine zweite Gruppe von Vertiefungen (22), mit einer zweiten lateralen Periode (Δd) erzeugt werden, wobei insbesondere die zweite laterale Periode (Δd) kleiner ist als die erste laterale Periode (Δd).Tool (10) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that at least two first depressions (22), in particular a first group of depressions (22), with a first lateral period (Δd) between 10 nm and 50 µm, in particular between 100 nm and 15 µm, are produced and at least two second depressions (22), in particular a second group of depressions (22), are produced with a second lateral period (Δd), the second lateral period (Δd) in particular being smaller than the first lateral period (Δd). Werkzeug (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der zweiten Vertiefungen (22), insbesondere der zweiten Gruppe von Vertiefungen (22), den Bereich der ersten Vertiefungen (22), insbesondere der ersten Gruppe von Vertiefungen (22) zumindest teilweise überlappt.tool (10) after claim 7 , characterized in that the area of the second depressions (22), in particular the second group of depressions (22), the area of the first depressions (22), in particular the first group of depressions (22) at least partially overlaps. Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung der ersten Vertiefungen (22), insbesondere der ersten Gruppe von Vertiefungen (22), und die Erzeugung der zweiten Vertiefungen (22), insbesondere der zweiten Gruppe von Vertiefungen (22), in einem einzigen Arbeitsschritt oder in separaten Arbeitsschritten erfolgen.Tool (10) according to one of Claims 7 or 8th , characterized in that the production of the first depressions (22), in particular the first group of depressions (22), and the production of the second depressions (22), in particular the second group of depressions (22), in a single work step or in separate work steps. Werkzeug (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Vertiefungen (22), insbesondere die erste Gruppe von Vertiefungen (22), mittels Interferenz der mindestens zwei Laserstrahlen (17, 18, 26) erzeugt werden, wobei die zweiten Vertiefungen (22), insbesondere die zweite Gruppe von Vertiefungen (22), mittels Interferenz von mindestens zwei Laserstrahlen (17, 18, 26) und/oder mittels eines einzigen Laserstrahls (17, 18, 26) erzeugt werden.tool (10) after claim 9 , characterized in that the first depressions (22), in particular the first group of depressions (22), are generated by means of interference of the at least two laser beams (17, 18, 26), the second depressions (22), in particular the second group of indentations (22), by means of interference of at least two laser beams (17, 18, 26) and/or by means of a single laser beam (17, 18, 26). Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugrohling (11) vor und/oder das Werkzeug (10) nach der Strukturierung beschichtet wird.Tool (10) according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the tool blank (11) before and / or the tool (10) is coated after the structuring. Werkzeug (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10) zumindest eine Komponente aus einem Hartmetall aufweist, das eine Mehrzahl von Hartstoffpartikeln und eine Bindermatrix aufweist, und/oder zumindest eine Komponente aus einem thermisch behandelten Werkzeugstahl aufweist.tool (10) after claim 11 , characterized in that the tool (10) has at least one component made of a hard metal, which has a plurality of hard material particles and a binder matrix, and / or has at least one component made of a thermally treated tool steel. Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug (10) zumindest bereichsweise an der Werkzeugoberfläche (13) eine Hartstoffschicht, vorzugsweise eine Kohlenstoffschicht, höchst vorzugsweise eine tetraedrische, wasserstofffreie Kohlenstoffschicht aufweist.Tool (10) according to one of Claims 11 or 12 , characterized in that the tool (10) at least in some areas on the tool surface (13) has a hard material layer, preferably a carbon layer, most preferably a tetrahedral, hydrogen-free carbon layer. Werkstück (12), bearbeitet mit einem Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Werkstück (12) mittels des Werkzeugs (10) zumindest bereichsweise plastisch verformt wird und dabei mit einem Werkstückprofil (25) versehen wird, das zumindest bereichsweise zu dem Werkzeugprofil (20) korrespondiert.Workpiece (12) machined with a tool (10) according to one of Claims 1 until 13 , the workpiece (12) being plastically deformed at least in regions by means of the tool (10) and being provided with a workpiece profile (25) which corresponds at least in regions to the tool profile (20). Werkstück (12) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mittels des Werkzeugs (10) in mindestens zwei Bearbeitungsschritten plastisch verformt wird, wobei in einem ersten Bearbeitungsschritt das Werkzeug (10) das Werkstück (12) entlang einer Bearbeitungsachse (24) mit einer ersten Bearbeitungstiefe plastisch verformt und wobei in einem zweiten Bearbeitungsschritt das Werkzeug (10) das Werkstück (12) entlang der Bearbeitungsachse (24) mit einer zweiten Bearbeitungstiefe plastisch verformt und wobei insbesondere sich die erste Bearbeitungstiefe von der zweiten Bearbeitungstiefe unterscheidet.Workpiece (12) after Claim 14 , characterized in that the workpiece (12) is plastically deformed by means of the tool (10) in at least two processing steps, wherein in a first processing step the tool (10) plastically deforms the workpiece (12) along a processing axis (24) with a first processing depth deformed and wherein in a second machining step the tool (10) plastically deforms the workpiece (12) along the machining axis (24) with a second machining depth and in particular wherein the first machining depth differs from the second machining depth. Werkstück (12) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bearbeitungsschritt mit einem ersten Werkzeug (10) und der zweite Bearbeitungsschritt mit einem zweiten Werkzeug (10) durchgeführt werden, wobei das erste Werkzeug (10) und/oder das zweite Werkzeug (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ausgestaltet sind.Workpiece (12) after claim 15 , characterized in that the first machining step is carried out with a first tool (10) and the second machining step with a second tool (10), the first tool (10) and/or the second tool (10) being carried out according to one of Claims 1 until 13 are designed. Werkstück (12) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Werkzeug (10) eine periodische Struktur mit einer lateralen Periode (Δd) aufweist, die insbesondere kleiner ist als die laterale Periode (Δd) der periodischen Struktur des ersten Werkzeugs (10) .Workpiece (12) after Claim 16 , characterized in that the second tool (10) has a periodic structure with a lateral period (Δd) which is in particular smaller than the lateral period (Δd) of the periodic structure of the first tool (10). Werkstück (12) nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Einpressdruck eines Bearbeitungsschrittes von dem Einpressdruck eines anderen Bearbeitungsschrittes unterscheidet.Workpiece (12) according to one of Claims 15 until 17 , characterized in that the press-in pressure of a processing step differs from the press-in pressure of another processing step. Werkstück (12) nach einem der Ansprüche 14 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (10) mittels einer vibrierenden Bewegung des Werkzeugs (10), insbesondere entlang der Bearbeitungsachse (24), plastisch verformt wird.Workpiece (12) according to one of Claims 14 until 18 , characterized in that the workpiece (10) is plastically deformed by means of a vibrating movement of the tool (10), in particular along the machining axis (24). Werkstück (12) nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück (12) mittels des Werkzeugs (10) bei einer Temperatur von höchstens 1200°C, insbesondere frei von einem äußeren Wärmeeintrag, bearbeitet wird.Workpiece (12) according to one of Claims 14 until 19 , characterized in that the workpiece (12) is machined by means of the tool (10) at a maximum temperature of 1200° C., in particular free of an external heat input.
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