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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Harzzusammensetzung, auf deren
Oberfläche,
unter Verwendung eines Lasers, z. B. ein Buchstabe, ein Zeichen,
ein Bild oder ein Foto aufgezeichnet werden kann, nachdem die Harzzusammensetzung
zu einem Formkörper
verarbeitet wurde, ein Verfahren zum Beschreiben eines Formkörpers, der
aus der Harzzusammensetzung erhalten wurde, mit einem Laser, sowie
einen beschriebenen Formkörper.
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Stand der
Technik
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Beispiele
für Verfahren,
bei denen die Oberfläche
eines Formkörpers
aus einem Polyolefinharz mit einem Laser beschrieben wird, umfassen
ein Verfahren, bei dem eine Siliciumsubstanz in das Harz eingebracht wird,
wie z. B. in der Veröffentlichung
der ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 7-286074 beschrieben, und ein Verfahren,
bei dem ein Metall, wie z. B. Aluminium oder Kupfer, in das Harz
eingebracht wird, wie z. B. in der Veröffentlichung der ungeprüften japanischen
Patentanmeldung Nr. 1-224186
beschrieben. Eine Siliciumsubstanz ist jedoch mit einem Polyolefin
nicht kompatibel, so dass sie nur schwer in dem Harz dispergiert
werden kann. Folglich ist es nicht möglich, einen scharten Ausdruck
mit einem Laser zu erzeugen. Wenn ein Metall in ein Harz eingebracht
wird, kann die erhaltene Zusammensetzung nur schwer verarbeitet
werden und die mechanischen Eigenschaften der Zusammensetzung sind
schlecht, so dass die Anwendungen der Zusammensetzung beschränkt sind.
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Das
US-Patent Nr. 334825 beschreibt, dass das Einbringen eines Rußes und
eines UV-Absorbers
in ein Olefinpolymer das Drucken auf einer Ummantelung für einen
Draht ermöglicht.
Wenn jedoch ein Ruß als solcher
in ein Polyolefin eingebracht wird, wird der Ruß nur ungleichförmig dispergiert,
ein gleichförmiger
und guter Ausdruck kann nicht erhalten werden und das erhaltene
Produkt sieht nicht gut aus.
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Offenbarung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Harzzusammensetzung,
auf deren Oberfläche,
nachdem die Harzzusammensetzung zu einem Formkörper verarbeitet wurde, unter
Verwendung eines Lasers eine Aufzeichnung mit einem scharfen und
gleichförmigen
Kontrast erzeugt werden kann, ein Verfahren zum Beschreiben eines
solchen Formkörpers
sowie einen Formkörper,
auf dessen Oberfläche
eine Aufzeichnung mit einem scharfen und gleichförmigen Kontrast erzeugt wurde,
bereit zu stellen.
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Eine
weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Harzzusammensetzung,
die gut verarbeitet werden kann, die sich durch gute mechanische
Eigenschaften auszeichnet und die, nachdem sie zu einem Formkörper verarbeitet
wurde, mit einem Laser beschrieben werden kann, ein Verfahren zum
Beschreiben eines solchen Formkörpers
sowie einen Formkörper
aus einer solchen Harzzusammensetzung, auf dessen Oberfläche eine
Aufzeichnung erzeugt wurde, bereit zu stellen.
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Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung führten umfangreiche Untersuchungen
mit dem Ziel durch, diese Aufgaben zu lösen, und fanden heraus, dass
ein scharfer Ausdruck mit einem gleichförmigen Kontrast auf der Oberfläche eines
Formkörpers
aus einer Harzzusammensetzung erzeugt werden kann, wenn eine Harzzusammensetzung,
die ein Polyolefinharz in Kombination mit spezifischen Bestandteilen
enthält,
mit einem Laser bestrahlt wird. Die vorliegende Erfindung wurde
auf der Grundlage dieser Entdeckung gemacht.
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Genauer
gesagt, die vorliegende Erfindung betrifft (i) eine mit einem Laser
in der Farbe Weiß beschreibbare
Harzzusammensetzung, umfassend ein Polyolefinharz in Kombination
mit einem Ruß mit
einer mittleren Teilchengröße im Bereich
von 10 bis 100 nm und einem Dispergierhilfsmittel, ausgewählt aus
höheren
Fettsäuren
und Amiden höherer
Fettsäuren,
und (ii) eine mit einem Laser in der Farbe Schwarz beschreibbare
Harzzusammensetzung, umfassend ein Polyolefinharz in Kombination
mit einem Ruß mit
einer mittleren Teilchengröße im Bereich
von 10 bis 100 nm, einem weißen
Pigment, das eine Metallverbindung ist, und einem Dispergierhilfsmittel,
ausgewählt
aus Verbindungen höherer
Fettsäuren.
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Ein
anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren,
bei dem eine Oberfläche
eines Formkörpers,
der aus der Harzzusammensetzung (i) erhalten wurde, mit einem Laser
bestrahlt wird, um die Oberfläche
des Formkörpers
in der Farbe Weiß zu
beschreiben, sowie ein Verfahren, bei dem eine Oberfläche eines
Formkörpers,
der aus der Harzzusammensetzung (ii) erhalten wurde, mit einem Laser
bestrahlt wird, um die Oberfläche
des Formkörpers
in der Farbe Schwarz zu beschreiben.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls einen Formkörper, hergestellt
aus der Harzzusammensetzung (i), dessen Oberfläche mit einem Laser in der
Farbe Weiß beschrieben
wurde, und einen Formkörper, hergestellt
aus der Harzzusammensetzung (ii), dessen Oberfläche mit einem Laser in der
Farbe Schwarz beschrieben wurde.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung
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Beispiele
für die
Polyolefinharze, die entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet
werden können,
umfassen olefinische Homopolymere und Copolymere (statistische Copolymere
und Blockcopolymere), wie z. B. Polypropylene, Polyethylene und
andere olefinische Homopolymere; Ethylen-Propylen-Copolymere und
andere Copolymere mit einer Monomereinheit, die von Propylen abgeleitet
ist; und Ethylen-Vinylacetat-Copolymere und andere Copolymere mit
einer Monomereinheit, die von Ethylen abgeleitet ist. Ein Polypropylen
(PP) wird z. B. im Hinblick auf das Gleichgewicht der physikalischen
Eigenschaften, die Wärmebeständigkeit
und die Kosten ganz besonders bevorzugt verwendet. Der Schmelzindex
(MFR) des Polypropylens liegt bevorzugt im Bereich von etwa 0,5
bis 50 (g/10 Minuten) und der Biegemodul des Polypropylens liegt
bevorzugt im Bereich von etwa 10000 bis 18000 kgf/cm2.
Wenn der MFR zu gering ist, kann die Zusammensetzung nur schwer
geformt werden, und wenn der MFR andererseits zu hoch ist, kann
keine ausreichende mechanische Festigkeit erhalten werden. Wenn
der Biegemodul zu gering ist, ist das erhaltene Harz zu weich und kriecht
während
der Verwendung, und wenn der Biegemodul andererseits zu hoch ist,
ist das erhaltene Harz zu hart und bildet leicht Risse.
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Die
erfindungsgemäße Harzzusammensetzung
kann, zusätzlich
zu dem zuvor beschriebenen Polyolefinharz, weitere Harze umfassen.
Zu der Harzzusammensetzung kann z. B. ein Harz auf Olefinbasis,
ein Harz auf Styrolbasis, ein Harz auf Polyesterbasis, ein Harz
auf Polyamidbasis oder ein anderes Elastomer (umfassend natürliche Kautschukmaterialien,
synthetische Kautschukmaterialien und thermoplastische Elastomere) gegeben
werden, um den Elastizitätsmodul
zu steuern, wenn ein Harz mit einer hohen Kristallinität und einem hohen
Elastizitätsmodul,
wie z. B. ein Polypropylen oder ein Polyethylen, als Polyolefinharz
verwendet wird. Die Menge an Elastomer liegt z. B. im Bereich von
etwa 0,5 bis 30 Gewichtsteilen und bevorzugt im Bereich von etwa
5 bis 25 Gewichtsteilen, bezogen auf 100 Gewichtsteile des Polyolefinharzes,
wenn ein Polypropylen oder dgl. als Polyolefinharz verwendet wird.
Wenn die Menge an Elastomer zu gering ist, können die Vorteile, die durch
die Zugabe des Elastomers erzielt werden, nicht erzielt werden.
Wenn die Menge an Elastomer andererseits zu groß ist, wird der Elastizitätsmodul
zu gering, wodurch sich die Formbeständigkeit des erhaltenen Formkörpers verschlechtern
kann.
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Beispiele
für die
Bestandteile, die für
Laserstrahlung empfindlich sind (d. h. die laserempfindlichen Bestandteile),
die entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet werden können, umfassen
Bestandteile, die sich bei der Bestrahlung mit einem Laser physikalisch
oder chemisch verändern.
Es können
bekannte laserempfindliche Bestandteile verwendet werden, die gewöhnlich beim
Beschreiben mit einem Laser verwendet werden. Beispiele für solche
Bestandteile umfassen Ruß und
andere schwarze Pigmente, weiße
Pigmente, die Metallverbindungen sind, und andere anorganische Pigmente.
Diese Bestandteile können
einzeln oder in Form eines Gemisches von verschiedenen Bestandteilen
verwendet werden. Die gewünschte
Farbe der Aufzeichnung hängt
von der Art des verwendeten laserempfindlichen Bestandteils ab.
Wenn ein schwarzes Pigment, wie z. B. Ruß, verwendet wird, wird der
Formkörper
gewöhnlich
in der Farbe Weiß beschrieben,
und wenn ein weißes
Pigment, wie z. B. eine Metallverbindung, verwendet wird, wird der
Formkörper
gewöhnlich in
der Farbe Schwarz beschrieben. Eine Kombination aus einem weißen Pigment,
wie z. B. einer Metallverbindung, und einem schwarzen Pigment, wie
z. B. Ruß,
ermöglicht
eine sehr scharte schwarze Aufzeichnung.
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Der
Ruß, der
entsprechend der vorliegenden Erfindung verwendet wird, ist nicht
auf bestimmte Rußmaterialien
beschränkt,
die unter Anwendung spezifischer Verfahren hergestellt wurden. Beispiele
für die
erfindungsgemäß verwendbaren
Ruße umfassen
Ofenruß,
Kanalruß,
Acetylenruß und
Ketjenruß.
Die Eigenschaften der Aufzeichnung hängen von der Teilchengröße und der Ölabsorption
des Rußes
ab. Die mittlere Teilchengröße des Rußes liegt
bevorzugt im Bereich von etwa 10 bis 100 nm und die Ölabsorption
des Rußes liegt
bevorzugt im Bereich von etwa 50 bis 500 ml/g. Wenn die mittlere
Teilchengröße des Rußes zu klein
ist oder wenn die Ölabsorption
des Rußes
zu hoch ist, sind die Teilchen zu fein und es treten Probleme bei
der Handhabung des Rußes
auf. Wenn die mittlere Teilchengröße des Rußes andererseits zu groß ist oder
wenn die Ölabsorption
des Rußes
zu gering ist, kann der Ruß nur
schlecht dispergiert werden und der erhaltene Formkörper sieht
nicht gut aus.
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Beispiele
für die
weißen
Pigmente auf der Basis von Metallverbindungen umfassen Titanoxid,
Bleioxid, Zinkoxid und andere Metalloxide; sowie Talk (Magnesiumsilikat),
Calciumcarbonat, Kaliumtitanat und andere Metallsalze (Carbonate,
Silikate, Titanate und andere Oxosäuresalze von Metallen). Titanoxid
wird besonders bevorzugt verwendet. Die weißen Pigmente, die Metallverbindungen
sind, können
einzeln oder in Form eines Gemisches von verschiedenen Metallverbindungen
verwendet werden.
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Die
Menge an laserempfindlichem Bestandteil hängt von der Art des laserempfindlichen
Bestandteils ab und liegt im Bereich von etwa 0,005 bis 50 Gew.%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Harzzusammensetzung. Wenn z. B.
ein Ruß als
laserempfindlicher Bestandteil verwendet wird, liegt die Menge an
Ruß im Bereich
von etwa 0,01 bis 5 Gew.%, bevorzugt im Bereich von etwa 0,03 bis
4 Gew.% und besonders bevorzugt im Bereich von etwa 0,05 bis 3 Gew.%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Harzzusammensetzung. Wenn ein
weißes
Pigment auf der Basis einer Metallverbindung verwendet wird, liegt
die Menge an weißem Pigment
im Bereich von etwa 0,2 bis 50 Gew.% und bevorzugt im Bereich von
etwa 0,5 bis 40 Gew.%, bezogen auf das Gesamtgewicht der Harzzusammensetzung.
Wenn die Menge an laserempfindlichem Bestandteil zu gering ist,
kann keine Aufzeichnung (in der Farbe Weiß oder in der Farbe Schwarz)
mit einem scharten Kontrast erhalten werden. Wenn die Menge an laserempfindlichem
Bestandteil andererseits zu groß ist,
kann das Pigment nur schlecht dispergiert werden, was zu einer unzureichenden
Auflösung
des beschriebenen Bereichs führen
kann.
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Die
Dispergierhilfsmittel, die entsprechend der vorliegenden Erfindung
verwendet werden können, sind
nicht auf bestimmte Dispergierhilfsmittel beschränkt, vorausgesetzt, dass sie
die Dispergierbarkeit des laserempfindlichen Bestandteils verbessern.
Fett säureverbindungen
werden bevorzugt verwendet. Beispiele für solche Fettsäureverbindungen
umfassen gesättigte
oder ungesättigte
Fettsäuren
mit zwei oder mehr Kohlenstoffatomen (z. B. mit etwa 2 bis 32 Kohlenstoffatomen)
und Derivate (wie z. B. Salze, Ester oder Amide) dieser Fettsäuren. Beispiele
für bevorzugte
Fettsäureverbindungen
umfassen Laurinsäure,
Myristinsäure,
Palmitinsäure,
Stearinsäure, Ölsäure, Linolsäure, Linolensäure und
andere höhere
Fettsäuren
(wie z. B. Fettsäuren mit
jeweils etwa 10 bis 20 Kohlenstoffatomen); Zinklaurat, Calciumstearat,
Zinkstearat, Natriumoleat und andere Salze (wie z. B. Alkalimetallsalze,
Erdalkalimetallsalze und Zinksalze) höherer Fettsäuren; Ethylenbisstearamid,
Lauramid und andere Amide höherer
Fettsäuren;
und andere Verbindungen von höheren
Fettsäuren (höhere Fettsäuren oder
Derivate davon).
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Die
Menge an Dispergierhilfsmittel liegt z. B. im Bereich von etwa 0,005
bis 6 Gew.% und bevorzugt im Bereich von etwa 0,01 bis 5 Gew.%,
bezogen auf das Gesamtgewicht der Harzzusammensetzung. Wenn die
Menge an Dispergierhilfsmittel zu gering ist, kann der laserempfindliche
Bestandteil nicht ausreichend dispergiert werden und ein scharfer
Ausdruck kann nicht erhalten werden. Wenn die Menge an Dispergierhilfsmittel
andererseits zu groß ist,
kann es vorkommen, dass das Dispergierhilfsmittel beim Formen verdampft oder
sublimiert und an der Form (Düse)
anhaftet.
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Beispiele
für die
Verfahren zur Herstellung der mit einem Laser beschreibbaren Harzzusammensetzung
entsprechend der vorliegenden Erfindung umfassen (1) ein Verfahren,
bei dem geeignete Mengen an Polyolefinharz, laserempfindlichem Bestandteil,
Dispergierhilfsmittel und gegebenenfalls anderen Harzen (wie z. B.
ein Elastomer) und Additiven miteinander vermischt werden und das
erhaltene Gemisch dann geknetet und zu Pellets verarbeitet wird,
wobei ein herkömmlicher
Schmelzknetprozess angewandt werden kann. Ein alternatives Verfahren
ist (2) ein Verfahren, bei dem der laserempfindliche Bestandteil,
das Dispergierhilfsmittel und dgl. miteinander vermischt werden,
um eine Vormischung herzustellen, eine geeignete Menge der Vormischung
mit dem Polyolefinharz vermischt wird und das erhaltene Gemisch
dann geformt wird.
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Entsprechend
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zum Beschreiben eines Formkörpers
wird die Oberfläche
eines Formkörpers,
der aus der erfindungsgemäßen Harzzusammensetzung
erhalten wurde, mit einem Laser bestrahlt, wobei der Formkörper beschrieben
wird.
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Der
Formkörper
kann unter Anwendung bekannter Verfahren zur Herstellung von Formkörpern aus Kunststoffen
hergestellt werden, wie z. B. durch Extrudieren (wobei Filme, Folien
oder andere Formkörper
erhalten werden), Spritzgießen,
Blasformen oder Pressformen.
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Die
Laserquelle, die zum Beschreiben verwendet wird, ist nicht auf bestimmte
Laserquellen beschränkt
und kann z. B. ein Gaslaser, ein Halbleiterlaser oder ein Excimer-Laser sein. Ein Nd:YAG-Laser
wird besonders bevorzugt verwendet. Die Verfahren zum Beschreiben
des Formkörpers
sind nicht auf bestimmte Verfahren beschränkt und es können herkömmliche
Verfahren angewandt werden. Um die Präzision beim Schreiben zu verbessern
ist es bevorzugt, ein Verfahren anzuwenden, bei dem der Laserstrahl
unter Verwendung einer optischen Vorrichtung zu einem Punkt mit
einer geeigneten Größe fokussiert
wird und der erhaltene punktförmige
Laserstrahl dann auf die Oberfläche
des Formkörpers
gerichtet wird, wobei eine Scan-Apparatur mit einer Kombination
von verschiedenen optischen Spiegeln, die über einen Computer angesteuert
wird, verwendet wird, um eine Aufzeichnung mit der gewünschten
Form zu erhalten. Die Aufzeichnung kann ein Buchstabe, ein Zeichen,
eine Grafik, ein Bild oder ein Foto sein.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ermöglicht
die einfache Herstellung eines Formkörpers, dessen Oberfläche mit
einer Aufzeichnung mit einer gewünschten
Form und einem scharfen und gleichförmigen Kontrast versehen ist.
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Die
erfindungsgemäße mit einem
Laser beschreibbare Harzzusammensetzung, die ein Polyolefinharz im
Kombination mit spezifischen Bestandteilen enthält, kann zu einem Formkörper verarbeitet
und dann mit einem Laser bestrahlt werden, wobei eine Aufzeichnung
mit einem scharfen und gleichförmigen
Kontrast auf der Oberfläche
des Formkörpers
erhalten wird.
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Der
erfindungsgemäße beschriebene
Formkörper
umfasst an seiner Oberfläche
eine Aufzeichnung mit einem scharfen und gleichförmigen Kontrast.
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Die
Verarbeitungseigenschaften und die mechanischen Eigenschaften der
Harzzusammensetzung und des Formkörpers werden in dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht verschlechtert.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand von Beispielen, die
die Erfindung jedoch nicht beschränken, genauer beschrieben.
In den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden die folgenden
Polymere, Ruße,
Metallverbindungen und Dispergierhilfsmittel verwendet.
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[Polymer]
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- PP: ein Polypropylen mit einem Schmelzindex MI (= MFR) von
10 (g/10 Minuten) und einem Biegemodul von 13000 kgf/cm2
- PP/Elastomer: eine Substanz, erhalten durch Schmelzen und Vermischen
von 80 Gewichtsteilen des zuvor beschriebenen PP und 20 Gewichtsteilen
eines Elastomers [hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.; Handelsname "BONDINE HX8290"] unter Verwendung
eines gewöhnlichen
Extruders
- PE/Elastomer: eine Substanz, erhalten durch Schmelzen und Vermischen
von 80 Gewichtsteilen eines Produktes von Mitsui Chemicals, Inc.
[Handelsname "HIZEX
1300J"] und 20 Gewichtsteilen
eines Elastomers [hergestellt von Sumitomo Chemical Co., Ltd.; Handelsname "BONDINE HX8290"] unter Verwendung
eines gewöhnlichen
Extruders
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[Ruß (CB)]
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- CB-1: Ofenruß (mittlere
Teilchengröße: 20 nm)
- CB-2: Acetylenruß (mittlere
Teilchengröße: 40 nm)
- CB-3: Ketjenruß (mittlere
Teilchengröße: 25 nm)
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[Metallverbindung]
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- M-1: Titanoxid
- M-2: Zinkoxid
- M-3: Kaliumtitanat
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[Dispergierhilfsmittel]
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- DA-1: Ethylenbisstearamid
- DA-2: Stearinsäure
- DA-3: Zinkstearat
- DA-4: Calciumstearat
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Beispiele 1 bis 8
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Harzzusammensetzungen,
die in der Farbe Weiß beschrieben
werden können,
wurden jeweils durch Vermischen eines Polymers, eines Rußes (laserempfindlicher
Bestandteil) und eines Dispergierhilfsmittels in den in der Tabelle
1 angegebenen Anteilen hergestellt, und aus diesen Harzzusammensetzungen
wurden plattenförmige
Formkörper
mit einer Dicke von 2 mm unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens
hergestellt. Die Oberfläche
jedes Formkörpers
wurde mit einem Laser bestrahlt, wobei in allen Fällen ein
scharfer Ausdruck erhalten wurde.
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Beispiele 9 bis 14
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Harzzusammensetzungen,
die in der Farbe Schwarz beschrieben werden können, wurden jeweils durch
Vermischen eines Polymers, einer Metallverbindung (laserempfindlicher
Bestandteil) und eines Dispergierhilfsmittels in den in der Tabelle
2 angegebenen Anteilen hergestellt, und aus diesen Harzzusammensetzungen
wurden plattenförmige
Formkörper
mit einer Dicke von 2 mm unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens
hergestellt. Die Oberfläche
jedes Formkörpers
wurde mit einem Laser bestrahlt, wobei in allen Fällen ein
scharfer Ausdruck erhalten wurde.
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Beispiele 15 bis 17
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Harzzusammensetzungen,
die in der Farbe Schwarz beschrieben werden können, wurden jeweils durch
Vermischen eines Polymers, einer Metallverbindung und eines Rußes (laserempfindliche
Bestandteile) und eines Dispergierhilfsmittels in den in der Tabelle
3 angegebenen Anteilen hergestellt, und aus diesen Harzzusammensetzungen
wurden plattenförmige
Formkörper
mit einer Dicke von 2 mm unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens
hergestellt. Die Oberfläche
jedes Formkörpers
wurde mit einem Laser bestrahlt, wobei in allen Fällen ein
scharfer Ausdruck erhalten wurde.
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Vergleichsbeispiele 1
bis 6
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Harzzusammensetzungen,
die in der Farbe Weiß beschrieben
werden können,
wurden jeweils durch Vermischen eines Polymers, eines Rußes und
eines Dispergierhilfsmittels in den in der Tabelle 4 angegebenen Anteilen
hergestellt, und aus diesen Harzzusammensetzungen wurden plattenförmige Formkörper mit
einer Dicke von 2 mm unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens
hergestellt. Die Oberfläche
jedes Formkörpers wurde
mit einem Laser bestrahlt, wobei in allen Fällen kein scharfer Ausdruck
erhalten wurde.
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Vergleichsbeispiele 7
bis 10
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Harzzusammensetzungen,
die in der Farbe Schwarz beschrieben werden können, wurden jeweils durch
Vermischen eines Polymers, einer Metallverbindung und eines Dispergierhilfsmittels
in den in der Tabelle 5 angegebenen Anteilen hergestellt, und aus
diesen Harzzusammensetzungen wurden plattenförmige Formkörper mit einer Dicke von 2
mm unter Anwendung eines Spritzgießverfahrens hergestellt. Die
Oberfläche
jedes Formkörpers
wurde mit einem Laser bestrahlt, wobei in allen Fällen kein
scharfer Ausdruck erhalten wurde.
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