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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein eine Vorrichtung und ein Verfahren
zum Bearbeiten eines Substrats, z.B. zum Einformen einer dreidimensionalen
Struktur, einer Nanostruktur, eines Hologramms oder eines ähnlichen
Relief-Beugungsmusters in ein Substrat durch Verwendung einer rekonfigurierbaren Form.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
existieren verschiedene Techniken zum Schneiden und Formen eines
Substrats. Das Schneiden wird auf verschiedene Weise vorgenommen,
z.B. durch Stanzen. Normalerweise ist die Schneidmaschine mit zusammenwirkenden
Kanten versehen, die verwendet werden, um das Material zu schneiden.
Speziell wenn feine Geometrien geschnitten werden, wo zulässige Abweichungen
der Toleranzen verhältnismäßig klein
sind, muss das Werkzeug mit den Schneidkanten aufgrund von Verschleiß und Abnutzung
des Werkzeugs häufig
erneuert oder wiederaufgearbeitet werden. Dies macht das Verfahren
verhältnismäßig teuer.
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Es
existieren verschiedene Gießtechniken zum
Formen von Mikrostrukturoberflächen.
Typischerweise hält
eine Form ein flüssiges
Harz während
eines Aushärtens
des Harzes auf dem Substrat, wodurch das Harz die Mikrostruktur
formt. Die Form kann mit einer rotierenden Walze versehen sein,
die ein die Mikrostruktur bildendes dreidimensionales Reliefmuster
aufweist, oder die Form kann mit einer planaren Platte versehen
sein, die ein an einer Seite angebrachtes Reliefmuster aufweist.
Um eine sichtbare Verzerrung im Beugungsmuster zu erzeugen, müssen die
Toleranzen gering sein, und dementsprechend sind die Kosten zur
Herstellung einer Form verhältnismäßig hoch.
Die Formen müssen
nach einer Reihe von Formgebungszyklen ausgetauscht werden, wobei
die Kosten zum Austausch von Formen hoch sind, weil die Formen zur
Massenvervielfältigung
von Hologrammen z.B. in Drehwalzen eingebaut sind.
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Bereits
sehr geringe Verschiebungen der Form in Bezug zum Substrat während des
Gießens werden
die Qualität
des Gusses verringern. Dementsprechend verwenden existierende Systeme
zum Gießen
von Mikrostrukturen hochgradig starre Formen und starre Vorrichtungen
für den
Gießvorgang. Die
Starrheit ermöglicht
eine Kontrolle über
den Gießvorgang,
indem z.B. das Risiko von unerwünschten
Schwingungen in den Formen verringert wird.
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Wenn
Strukturen in flüssige
Harze gegossen werden, hat die Starrheit der Gießvorrichtungen und Formen fast
keine negative Auswirkung, und daher scheinen die Hersteller von
Gießmaschinen
nach mehr Starrheit zu streben.
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Wenn
jedoch in nicht-flüssige
Materialien, wie direkt in Stahlplatten oder ähnliche "harte" Substrate gegossen wird, macht es die
Starrheit der Maschine unmöglich,
im Substrat auftretende Toleranzen aufzunehmen. Als ein Beispiel
wird eine Metallplatte gewöhnlich
eine nicht-planare Oberfläche
besitzen. Wenn sie einer völlig
starren Form in einer völlig
starren Maschine ausgesetzt wird, können die Abweichungen der nichtplanaren
Oberfläche
in der Struktur leicht visuell erkennbar sein. Als ein Beispiel kann
die Nicht-Planarität
der Platte in einer ungleichmäßigen Prägetiefe
vervielfältigt
werden, was eine visuell erkennbare ungleiche Reflexion von der
Oberfläche
der Struktur ergibt.
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Die
JP 5624116 offenbart ein
konvexes Prägewerkzeug
zum Prägen
von Buchstaben und Mustern, bestehend aus einem elastischen Material
auf einem Prägeblock
gegenüber
von einer Heizung durch einen Stoßdämpfer, wie einen Schwammgummi.
Das konvexe Werkzeug wird auf ein Abdichtungsmaterial niedergedrückt, indem
man den Prägeblock nach
unten bewegt, wodurch gleichzeitig abgedichtet und geprägt wird.
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Die
WO 98 38137 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung
von Netzwerken von Mikrolinsen. Eine Reihe von Formen, die mit Nuten
versehene nichthämmerbare
Oberflächen
aufweisen, werden zwischen eine Reihe von Platten aus hämmerbarem
Material eingesetzt. Sie werden in ein erwärmtes Gehäuse eingebracht, und ein ungefähr gleichförmiger Druck
wird senkrecht zu den Oberflächen
der Platten aufgebracht, was die Erzeugung von konvexen Oberflächen von
Mikrolinsen auf den Seiten der Platten bewirkt.
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Die
WO 00 40421 offenbart ein Verfahren zum Vervielfältigen eines Oberflächenreliefs
in einer von einem Metallsubstrat gehaltenen nicht-metallischen
Schicht. Das Oberflächenrelief
wird in der Schicht vervielfältigt,
indem ein Objekt, das eine Oberfläche umfasst, in die Schicht
gedrückt
wird, so dass Oberflächeneigenschaften
der Schicht verändert
werden, wobei das Oberflächenrelief
einen Teil der Oberfläche
des Objekts bildet.
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Die
US 4,615,204 offenbart eine
Ziehvorrichtung von derjenigen Art, bei der sich ein unterer Stanzschlitten
zum Ziehen eines zwischen einem beweglichen Werkzeug und einem stationären Zuschnitthalter
festgeklemmten Zuschnitts aufwärts
bewegt. Die Vorrichtung umfasst einen verstellbaren Stößel, der
elektrisch angetrieben wird, um sich aufwärts und abwärts zu bewegen, um dadurch
die untere Totposition des Stößels zu
verstellen. Hierdurch wird das obere Ende des Stößels mit der oberen Stirnfläche des
Zuschnitthalters im Wesentlichen bündig gemacht, wenn sich der
Stößel in seiner
unteren Totposition befindet.
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Beschreibung
der Erfindung
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Es
ist ein primäres
Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Technik und eine Vorrichtung
zum Einarbeiten, wie Schneiden oder Gießen oder Prägen, von Strukturen in ein
Substrat, z.B. in nicht-flüssige Materialien
oder sogar in harte Materialien bereitzustellen, und welche die
oben erwähnten
Probleme überwinden.
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Dementsprechend
betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch
1.
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Das
flexible Kraftaufnahmemittel ist angepasst, um den Druck entlang
des Kerns und/oder Werkzeugs zu vergleichmäßigen, so dass eine mögliche sporadische
Ungleichmäßigkeit
entlang der Länge
des Kerns und/oder Werkzeugs nicht zu einem höheren lokalen Druck im Bereich
der Ungleichmäßigkeit
führt,
da das Kraftaufnahmemittel einen solchen hohen Druck aufnehmen/vergleichmäßigen wird.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann das flexible Kraftaufnahmemittel elastisch sein. Daher kann das
flexible Kraftaufnahmemittel in eine Ausgangsposition zurückkehren,
wenn der von der Werkzeugfläche
und/oder der Reaktionsfläche
aufgebrachte Druck beseitigt wird. Bei einigen Ausführungsformen kann
das flexible Kraftaufnahmemittel so gewählt werden, dass es nur elastisch
verformt wird, wenn ein Druck auf das Mittel aufgebracht wird. Ein
reversibler Prozess kann stattfinden, wenn das flexible Kraftaufnahmemittel
die folgenden Schritte ausführt;
nichtzusammengedrückter
Zustand (vor dem Aufbringen von Druck von den Werkzeugen) – zusammengedrückter Zustand
(während
des Aufbringens von Druck von den Werkzeugen) – nicht-zusammengedrückter Zustand
(nach dem Aufbringen von Druck von den Werkzeugen). Da das flexible
Kraftaufnahmemittel nur elastisch verformt werden kann, kann die
Dicke des Mittels vor und nach dem Aufbringen von Druck dieselbe
sein. Wenn das flexible Kraftaufnahmemittel elastisch ist, kann
das Mittel federartige Eigenschaften besitzen. Ein Vorteil des elastischen Aufnahmemittels
kann sein, dass das besagte Mittel wiederverwendet werden kann,
im Gegensatz zu einem nicht-flexiblen Aufnahmemittel, das plastisch verformt
werden kann und somit vor einem weiteren Gebrauch der Vorrichtung
durch ein nicht plastisch verformtes Teil ersetzt werden muss.
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Das
flexible Kraftaufnahmemittel kann angepasst sein, um elastisch verformbar
zu sein, so dass es die von den Flächen auf ein Substrat aufgebrachten
Kräfte
lokal aufnehmen kann.
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Das
flexible Kraftaufnahmemittel kann angepasst sein, um bei Raumtemperatur
und/oder bei Atmosphärendruck
elastisch verformbar zu sein. Bei einigen Ausführungsformen kann Raumtemperatur zwischen
0 Grad Celsius und 100 Grad Celsius liegen. Bei einigen Ausführungsformen
kann es wesentlich sein, dass die Temperatur der die Vorrichtung
umgebenden Luft/des die Vorrichtung umgebenden Raums derart ist,
dass ein Arbeiter die Maschine bedienen kann, ohne die Maschine
einzukapseln oder ohne den Arbeiter in Bekleidung zu kleiden, die
ihn vor extremen Temperaturen schützt. Analog kann es wesentlich
sein, dass der Druck derart ist, dass ein Arbeiter die Maschine
bedienen kann, ohne die Maschine und/oder den Arbeiter einzukapseln. Somit
kann man atmosphärischen
Druck in dieser Anmeldung als Drücke
ansehen, bei denen ein Mensch über
einen längeren
oder kürzeren
Zeitraum überleben
kann. Die Werkzeugfläche
und/oder die Reaktionsfläche
können
während
des Betriebs erwärmt
werden. Ein Substrat, das gerade bearbeitet wird, kann erwärmt werden,
so dass das Substrat erweicht wird.
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Bei
einigen Ausführungsformen
kann es wesentlich sein, jegliche Einkapselung der Vorrichtung zu
vermeiden, welche die Arbeitsgeschwindigkeit z.B. in Folge einer
komplizierten Handhabung der Werkstücke verringert. Natürlich kann
es in einigen Ländern
gesetzliche Anforderungen betreffend die Einkapselung der Vorrichtung
geben, die befolgt werden können.
Die Betriebsgeschwindigkeit kann 0-10000 Meter Substrat pro Stunde,
wie 2000-8000 Meter pro Stunde, wie 4000-5000 Meter pro Stunde betragen.
Die Werkstücke/Substrate
können
Platten aus Material, z.B. Kunststoff oder Metall, sein, die 3 Meter
lang sind. Die Stücke/Substrate
können
Wickel sein.
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Die
Bewegungen der Werkzeugfläche
und der Reaktionsfläche
können
vertikal und/oder horizontal synchronisiert werden. Wenn die zwei
Flächen als
ein Stanz- oder Prägeprozess
vorgesehen sind, können
Mittel zum Bewegen eines Werkstücks
durch den Stanz- oder Prägeprozess
mit dem Stanz- oder Prägeprozess
synchronisiert werden. Wenn die zwei Flächen als eine oder mehrere
Walzen zur drehenden Bearbeitung der ersten Schicht vorgesehen sind, können die
Walzen synchronisiert werden.
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Bei
einer Ausführungsform
kann ein Werkzeug eine Werkzeugfläche und eine Reaktionsfläche umfassen,
die mit zusammenwirkenden Kanten zum Schneiden eines Substrats versehen
sind. Das Werkzeug kann zum Schneiden, wie zum Stanzen oder Ausstanzen,
verwendet werden, z.B. in einer Exzenterpresse, könnte jedoch
auch in einer drehbaren Walze verwendet werden, die angepasst ist,
um ein Substrat mit zusammenwirkenden Kanten zu schneiden. Die Walze
kann angepasst sein, um eine Mikrostruktur in das Substrat zu schneiden
und/oder zu formen, z.B. zu prägen.
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Das
Werkzeug kann auch zum Mikroprägen, Makroprägen, Markieren
von Schnittlinien auf einer Schicht/Platte verwendet werden.
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Eine
andere Ausführungsform
umfasst ein Werkzeug mit einer Werkzeugfläche und einer Reaktionsfläche, wobei
wenigstens eine von entweder der Werkzeugfläche oder der Reaktionsfläche angepasst sein
kann, um wenigstens eine erste Schicht des Substrats in eine vorbestimmte
Form zu formen. Ein solches Werkzeug kann in einer hydraulischen
Presse zum Formen eines Substrats verwendet werden, könnte jedoch
auch bei einem Walzverfahren verwendet werden.
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Die
Werkzeugfläche
könnte
eine harte ebene Oberfläche
sein, die den bekannten Werkzeugflächen von üblichen Stanz- oder Prägemaschinen
entspricht. Der Stempel könnte
von einer starren Nockenscheibe, linearen Stellgliedern oder dergleichen auf
und ab bewegt werden. Der Stempel sollte einen ausreichenden Druck
gegen das Substrat und die Reaktionsfläche liefern, um die Struktur
in das Substrat einzuprägen.
Die Werkzeugfläche
oder die Reaktionsfläche
könnten
beide mit Starrheit versehen sein, da das flexible Kraftaufnahmemittel
der Werkzeugfläche
oder der Reaktionsfläche
oder von sowohl der Werkzeugfläche
und der Reaktionsfläche Toleranzen
aufnehmen werden.
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Vorzugsweise
werden die flexiblen Kraftaufnahmemittel so bereitgestellt, dass
die Flexibilität verändert werden
kann. Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung werden die flexiblen Kraftaufnahmemittel in Form eines
elastischen Klebebands bereitgestellt, das an der Oberfläche der
Werkzeugfläche
und/oder der Oberfläche
der Reaktionsfläche
befestigt wird, wobei es eine Kraftaufnahmeschicht der Vorrichtung
bildet. Die Elastizität
und somit die Fähigkeit
der Vorrichtung, Toleranzen aufzunehmen, kann leicht verändert werden,
z.B. indem man die Art von Klebeband oder die Dicke des Klebebandes
verändert.
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Die
flexiblen Kraftaufnahmemittel können wenigstens
eine Kraftaufnahmeschicht umfassen, die in der mehrschichtigen Konstruktion
vorgesehen und/oder an der Reaktionsfläche befestigt wird.
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Sowohl
die Werkzeugfläche
und die Reaktionsfläche
können
mit einer Kraftaufnahmeschicht versehen werden.
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Vorzugsweise
wird die flexible Kraftaufnahmeschicht in der mehrschichtigen Konstruktion
zwischen dem Kern und dem Werkzeug bereitgestellt. Diese Ausführungsform
ist vorteilhaft, da die Aufnahmeschicht dann die ganze sporadische
Ungleichmäßigkeit
entlang der gesamten Länge
des Kerns und/oder Werkzeugs aufnimmt.
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Die
flexiblen Kraftaufnahmemittel können gemäß einer
anderen Ausführungsform
als eine harte Fläche
bereitgestellt werden, z.B. aus Metall, die an der Oberfläche der
Werkzeugfläche
und/oder der Reaktionsfläche
befestigt wird und mit Sprungfedern versehen wird, die zur Werkzeugfläche und/oder
zur Reaktionsfläche
hin weisen. Die Federn können
entweder mit einer verstellbaren Kennlinie versehen oder abnehmbar
montiert werden, zum Austausch gegen Federn, die eine zu den einzelnen
Prägeaufgaben
und Substratmaterialien passende Kennlinie aufweisen.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist die Werkzeugfläche
eine zylindrisch geformte Walze zum drehenden Prägen der dreidimensionalen Struktur,
und die Reaktionsfläche
ist gleichfalls eine zylindrische Walze oder eine Quetschwalze zur
Bereitstellung des notwendigen Gegendrucks.
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Die
Kraftaufnahmeschicht wird imstande sein, wenigstens einen bedeutenden
Teil der Abweichung durch Zusammendrücken der Schicht aufzunehmen.
Es wird weiter bevorzugt, dass das Material für die Kraftaufnahmeschicht
so ausgewählt
wird, dass die zum Zusammendrücken
des Materials erforderliche Kraft kleiner sein sollte als die Kraft,
die zum Einprägen
der Struktur in das Substrat erforderlich ist, d.h. die nichtzusammengedrückte flexible
Schicht sollte weicher sein als die Oberfläche des Substrats.
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Vorzugsweise
wird die Kraftaufnahmeschicht mit einer Dicke im Bereich von 0,1-5
mm, wie 0,2-4,5 mm, wie 0,3-4,0 mm, wie 0,4-3,5 mm, wie 0,5-3 mm, wie 0,6-2,5 mm,
wie 0,7-2,0 mm, wie in der Größe von 1,5
mm ausgewählt.
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Vorzugsweise
wird die Aufnahmeschicht mit einer Elastizität ausgewählt, die es der Schicht ermöglicht,
dem harten Substrat eine Kraft zu liefern, welche Kraft die Fließgrenze
des harten Substrats bei einer gegebenen Kompressionsrate γ übersteigt, und
wobei die Dicke der flexiblen Kraftaufnahmeschicht bei dieser Kompressionsrate γ die Planaritätsabweichung δ übersteigt.
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Die
Kraftaufnahmeschicht könnte
in Form eines doppelseitigen Klebebands bereitgestellt werden, um
wenigstens ein Werkzeug, wie ein Plättchen, an der äußeren Oberfläche des
Kerns zu befestigen, könnte
z.B. mit einer Dicke im Bereich von 0,1-05 mm, wie im Bereich von
0,20-0,4 mm, wie im Bereich von 0,21-0,3 mm, wie im Bereich von
0,22-0,26 mm, wie 0,24 mm ausgewählt
werden.
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Der
Kern kann mit einer Stahloberfläche
versehen sein, so dass es leicht ist, ein Klebeband bereitzustellen,
das die notwendige Befestigungsfestigkeit aufweist. Als ein Beispiel
ergibt das doppelseitige Klebeband 3M-Typ 9586 F eine ausreichende
Haftung an Stahl. Außerdem
wird es leicht sein, aus Stahl eine Präge- oder Reaktionsoberfläche mit
ausreichender Starrheit bereitzustellen. Um die beste Haftung sicherzustellen,
wird eine Rauhigkeit der Stahloberfläche im Bereich von 1-100 Mikron
bevorzugt. Dadurch wird es möglich,
eine Haftung an Stahl im Bereich von 6-12 N/cm, wie im Bereich von
7-11 N/cm, wie im Bereich von 8-10 N/cm, wie 9 N/cm bereitzustellen.
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Vorzugsweise
sind eine oder beide Seiten des doppelseitigen Klebebandes mit einem
Kleber auf Acrylbasis versehen, und vorzugsweise ist das Band mit
einer dynamischen Scherkraft im Bereich von 50-100 N/cm2,
z.B. in der Größe von 70
N/cm2 versehen.
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Die
Klebeschicht des Bandes kann mit einer permanenten Haftung versehen
sein, so dass es möglich
wird, das Band wiederzuverwenden und die Plättchen wieder an der flexiblen
Schicht anzubringen, was das Wiederanbringen leichter und schneller machen
wird. Somit liefert die Erfindung eine viel flexiblere Vorrichtung,
da das Werkzeug sehr leicht gewechselt werden kann.
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Die
Verarbeitung kann ein Prägen
einer dreidimensionalen Struktur in das Substrat umfassen, wie einer
Nanostruktur in das Substrat, oder sie kann ein Prägen einer
Nanostruktur in ein metallisches Substrat umfassen.
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Die
Werkzeugfläche
kann eine Walze zum drehenden Bearbeiten einer ersten Schicht eines mehrschichtigen
Substrats sein, wobei die erste Schicht einen ersten Härtegrad
aufweist und die nachfolgenden Schichten einen zweiten Härtegrad aufweisen,
wobei die Walze aufweist:
- – einen Kern mit einer im Wesentlichen
unflexiblen äußeren Oberfläche,
- – eine
flexible Kraftaufnahmeschicht mit einem dritten Härtegrad,
wobei die flexible Kraftaufnahmeschicht umfänglich am Kern befestigt ist,
und
- – eine
Matrix mit der dreidimensionalen Struktur, wobei die Matrix umfänglich an
der flexiblen Kraftaufnahmeschicht befestigt ist,
wobei
die flexible Kraftaufnahmeschicht so ausgewählt ist, dass der dritte Härtegrad
höher als
der erste Härtegrad
und niedriger als der zweite Härtegrad
ist, so dass sichergestellt wird, dass die dreidimensionale Struktur
in die erste Schicht, jedoch nicht in nachfolgende Schichten eingearbeitet
wird.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt betrifft die vorliegenden Erfindung ein Verfahren
gemäß Anspruch 27.
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Das
Substrat, das in Verbindung mit irgendeinem der oben erwähnten Aspekte
erwähnt wird,
kann aus der Gruppe bestehend aus Lacken, Karton, Pappe, Polymeren,
Druckfarben, Kunststoffen, Metall, wie Zinn, Aluminium, Kupfer,
Blei, Stahl ausgewählt
werden. Die Brinell-Härte
(HB 10) des Substrats kann zwischen 10 N/mm2 und
1000 N/mm2 liegen.
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Die
vorliegende Erfindung stellt eine Technik zur Bearbeitung eines
Substrats mit hohen Geschwindigkeiten (wie 1-2 Meter Schichtmaterial
pro Stunde) und bei Raumtemperatur bereit. Insbesondere sollte die
Technik für
Hochgeschwindigkeits-Fertigungslinien
für die
Herstellung von z.B. Nahrungsmittelbehältern anwendbar sein.
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Selbstverständlich sollte
der auf das Substrat aufgebrachte Druck so hoch sein, dass die gewünschte Gestalt
in das Substrat eingeprägt
oder eingestanzt oder eingeschnitten wird. Bevorzugt liegt der Druck
innerhalb des Bereichs von 981-9810 N/cm2 (100-1000 kg/cm2). Die Kombination von Druck und Substratart
wird so gewählt,
dass man das beste Ergebnis der Bearbeitung erhält.
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Aufgrund
dieser Vorrichtung ist es möglich, eine
Bearbeitung eines von einem Trägermaterial
gehaltenen Substrats in einer einfachen Weise zu steuern, und wobei
eine Verformung des Trägermaterials (oder
Kernmaterials) wegen der Verwendung der flexiblen Kraftaufnahmeschicht,
z.B. des doppelseitigen Klebebandes, vermieden wird.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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Eine
Ausführungsform
der Erfindung wird nun ausführlich
mit Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben, in der:
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1 eine
Prägewalze
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt,
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2 eine
Seitenansicht der in 1 dargestellten Walze zeigt,
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3 eine
alternative Ausführungsform
einer Vorrichtung mit einem oberen Presselement in Form eines Prägestempels
zeigt,
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4, 5 und 6 Schaubilder
der Prinzipien der flexiblen Befestigung von Plättchen an einer Prägevorrichtung
zeigen, und
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7 eine
Maschine zum Prägen
einer dreidimensionalen Struktur in ein Substrat zeigt.
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Die
nachfolgende Ausführungsform
bezieht sich auf ein Prägen
von Hologrammen in harte Oberflächen,
z.B. von Stahlplatten. Bezug nehmend auf 1, umfasst
eine erfindungsgemäße Vorrichtung eine
Prägewalze 3 und
eine Quetschwalze 7. Die Quetschwalze liefert den notwendigen
Gegendruck – die
Oberfläche
der Quetschwalze entspricht der Reaktionsfläche. Die Prägewalze ist mit einer Reihe
von Plättchen 1 versehen,
die mittels eines elastischen Klebebandes 2 an der Walze
befestigt sind. Die Prägewalze
und die Quetschwalze werden von Lagern 4, 5 getragen.
Eine der Walzen (in 1 die Prägewalze 3) ist mit
Mitteln zum Verstellen des Drucks zwischen der Prägewalze
und der Quetschwalze versehen, indem der Zwischenraum zwischen den
Walzen verstellt wird. Die Aufnahmeschicht 5 im Lager nimmt den
Druck auf. Die Aufnahmeschicht 5 kann durch eine vorbestimmte "Rückhaltekraft" verformt werden, um
die Aufwärtsbewegung
der Prägewalze 3 zu
steuern, wenn ein Schichtmaterial 8 (oder irgendein anderes
zu bearbeitendes Material) zwischen die Walzen 3, 7 eingeführt wird.
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Als
ein Beispiel kann die Prägewalze
von einer servogetriebenen Führungsschiene
gehalten werden, was es ermöglicht,
die Walze linear zu verschieben. Eine oder beide von der Prägewalze und/oder
der Quetschwalze wird von motorisch betriebenen Mitteln gedreht.
Als ein Beispiel werden die Walzen in einer synchronisierten Weise
gedreht, wobei die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen an die Geschwindigkeit
von vorangehenden und/oder nachfolgenden Walzen oder Gruppen von
Walzen in einer Bearbeitungsmaschine zum Bedrucken und Prägen von
Substraten von einem Wickel angepasst ist. Um ein Rutschen der Platten
zwischen der Prägewalze und
der Quetschwalze zu vermeiden, können
vorzugsweise beide der Walzen durch synchronisierte motorische Mittel
angetrieben werden, so dass die Umfangsgeschwindigkeit der Walzen
dieselbe ist. Vorzugsweise ist der Durchmesser der Walzen derselbe. Übliche Lackiermaschinen
oder Druckmaschinen, die einen Aufbau von Walzen und Quetschwalzen
gemäß der obigen
Beschreibung bereitstellen, existieren auf dem Markt. Jedoch ist
keine dieser Maschinen mit an den Walzen befestigten Plättchen versehen,
wie oben beschrieben.
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Wie
in 1 dargestellt, kann an der Oberfläche von
einer einzelnen Prägewalze
eine Mehrzahl von Plättchen
befestigt sein. Auf diese Weise kann die Ausnutzung der Oberfläche der
Walze optimiert und es können
für jede
Umrundung der Prägewalze
viele Abdrücke
geprägt
werden. Die an einer Walze (oder Werkzeugfläche) befestigten Plättchen können identisch
sein, oder sie können
unterschiedlich sein.
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Wie
man in 2 sieht, wird das elastische Klebeband 2 während des
Einprägens
des Hologramms in das Substrat zusammengedrückt. Der Keil 9 dient
zur Befestigung einer Umschlingungsschicht an der Oberfläche der
Walze. Auf diese Weise lässt
sich der zu prägende
Abdruck sogar noch schneller verändern,
indem man einfach eine Umschlingungsschicht entfernt, die eine Reihe
von Plättchen
hält, die
durch elastisches Klebeband an der Schicht befestigt sind. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
kann die Umschlingung, die eine Reihe von Plättchen hält, mit ausreichender Elastizität versehen
sein, um die Flexibilität
zu liefern. Dadurch können
die Plättchen
direkt an der Umschlingungsschicht befestigt werden, und dadurch
kann eine Reihe von Schichten gleichzeitig ausgetauscht werden,
indem man die Umschlingungsschicht austauscht.
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3 zeigt
eine Ausführungsform
der Vorrichtung, bei der die Walze durch einen Stempel ersetzt ist,
der sich entlang einer vertikalen Achse in Richtung eines Schichtmaterials
B bewegen kann. Der Stempel ist mit wenigstens einem Plättchen 1 versehen,
das mittels eines elastischen Klebebandes 2 am Stempel
befestigt ist.
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4, 5 und 6 zeigen
die Prinzipien des Prägens
gemäß der vorliegenden
Erfindung. 4 zeigt die Prinzipien eines Aufbringens
einer Kraft von einer beweglichen Fläche, z.B. einer Walze oder
eines Stempels, durch ein flexibles Material, z.B. ein elastisches
Klebeband, Schaumgummi oder ähnliche
elastische Mittel auf ein Werkzeug (Plättchen) zum Prägen einer
dreidimensionalen Struktur in ein Substrat. Die Reaktionsfläche dient
dazu, den notwendigen Gegendruck gegen den Stempel oder die Walze
zu liefern. In 5 drückt Δf die Kraftzunahme aus, die
aus dem Zusammendrücken
des elastischen Bandes oder von ähnlichen
flexiblen Mitteln resultiert. Die flexible Schicht wird Nicht-Planarität und Toleranzen
der Oberfläche
des Substrats aufnehmen. Δh
drückt
die permanente Verformung des Substrats aus.
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7 zeigt
eine Maschine zum Prägen,
wobei die Maschine einen ersten Speicher 17 zum Speichern
von Stahlplatten 14 vor dem Prägen, eine Gruppe von Prägewalzen 13, 16 (eine
bewegliche Fläche
und eine Reaktionsfläche)
und einen zweiten Speicher 11 zum Speichern der Stahlplatten
nach dem Prägen
umfasst. Die Stahlplatten werden auf Mitteln 15 transportiert.
Der Druck kann durch die Verstellmittel 12 verstellt werden.