Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Direktstrukturierung eines Formelementes für die Herstellung von Faservliesen, bei dem mittels eines Strahls in dem Formelement eine topografische Struktur erzeugt wird.

Die EP 0 701 877 A beschreibt ein derartiges Verfahren, bei dem mit Hilfe eines defokussierten Laserstrahls eine geländeartige Oberfläche in einem Formelement erzeugt wird. Der Laserstrahl wirkt dabei als ein Formwerkzeug, welches konische Strukturen erzeugt.

Beim Stand der Technik besteht das Problem, daß die Gestaltungsfreiheit in bezug auf das Erzeugen der geländeartigen Oberfläche stark begrenzt ist.

Die Erfindung löst das Problem, indem bei dem Verfahren der eingangs genannten Gattung die Energiedichte des Strahls oder seine Einwirkdauer pro Flächenelement beim Abfahren der Oberfläche des Formelementes variiert wird. Dabei trägt der Strahl die Oberfläche des Formelementes ab, sobald er mit dieser in Berührung kommt. Mit einer so gewählten Bearbeitung lassen sich nahezu beliebige dreidimensional strukturierte Formelemente herstellen.

Bei der Herstellung von Faservliesen werden an die Formelemente verschiedene Anforderungen gestellt. Einerseits muß dem Faservlies eine Form gegeben werden, andererseits müssen der Fluidstrahl und das damit in den Faservlies eingebrachte Fluid abgeführt werden. Um das Fluid abzuführen, sind in dem Formelement Durchlässe, sogenannte Diffuser, angebracht. Diese Diffuser müssen so gestaltet sein, daß sie die Faser des Vlieses nicht durchlassen, da ansonsten der Faservlies zerstört würde. Im Stand der Technik ist daher unter dem eigentlichen Formelement ein Gewebe, ein Lochblech oder ein Sieb angebracht. Mit der Erfindung wird es nun möglich, die formgebende dreidimensionale Struktur ebenso wie die Diffuser in einem einzigen Arbeitsgang herzustellen. Die Form der Diffuser ist dabei ebenso nahezu beliebig dreidimensional herstellbar. Die Erfindung macht damit ein separates Sieb unterhalb des Formelementes entbehrlich. Darüber hinaus kann die dreidimensionale Dessinstruktur auch Diffuserstrukturen enthalten, was beim Stand der Technik grundsätzlich ausgeschlossen ist. Ebenso kann bei einer ausreichenden Wandstärke des Formelementes auf einen stützenden Unterbau verzichtet werden.

Durch die nahezu beliebige dreidimensionale Gestaltung der Formelemente können dem Faservlies während der Formgebung unterschiedlichste Dessinelemente übertragen werden, ohne daß die Festigkeitseigenschaften negativ beeinflußt würden. Die Integration von Diffusem in die dreidimensionale Formgeometrie läßt vielmehr eine Kombination von höchster Festigung und guter Dessinqualität zu.

Mit Hilfe der Erfindung können in einem einzigen Arbeitsprozeß wirtschaftlich dreidimensionale Formelemente hergestellt werden. Die Formgebung des Faservlieses läßt Strukturen zu, wie sie in der Bekleidungsindustrie gewünscht sind, beispielsweise als Gewebestrukturen, Wischtücher können entsprechend dessiniert werden, Naßtoilettenpapier mit Motiven wie Blümchen usw. versehen und ähnliche Produkte nach Wunsch gestaltet werden. Dabei kann über die variable und spezifische Verteilung der Diffuser eine optimale Festigkeit der Produkte gewährleistet werden.

Der Einsatz verschiedener Strahlquellen bei der Strukturierung der Formelemente ist möglich. So kann mit Laserstrahl, Elektronenstrahl, Wasserstrahl und dergleichen gearbeitet werden.

Die Strahlbearbeitung der Oberfläche des Formelementes erfolgt über variierbare Pulslängen, Pulsenergien oder Pulsintensitäten. Dabei kann die flächen- und tiefenvariable Strukturierung des Formelementes in einem Arbeitsgang erfolgen. Bevorzugt erfolgt die Direktstrulcturierung sowohl in Tiefenrichtung als auch auf der Oberfläche des Formelementes digitalisiert.

Auch kann der Strahl mit einer konstanten Oberflächengeschwindigkeit und einem konstanten Vorschub über das Formelement, beispielsweise ein zylindrisches Formelement, bewegt werden. Wenn sich der Strahl in axialer Richtung des Zylinders bewegt, können zum Beispiel zylindrische Siebelemente ohne Naht spiralförmig strukturiert werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann bevorzugt digital gesteuert werden, was einerseits das Abfahren der Oberfläche des Formelementes betrifft, andererseits aber auch die eingesetzten Pulslängen, Pulsenergien oder Pulsintensitäten, so daß die Tiefenstrukturierung digitalisiert ist.

Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Pulsgenerationsrate im Verhältnis zur Oberflächengeschwindigkeit des Strahles auf dem Formelement sehr hoch ist. "Sehr hoch" bedeutet dabei, dass die Oberfläche "aus Sicht" des strukturierenden Strahles still steht, so daß mehrere Pulse praktisch auf die gleiche zu strukturierende Fläche geschickt werden können. Zwar wird sich ein kleiner Versatz ergeben, dies ist aber bei üblicherweise zu verwendenden Pulsgenerationsraten von zwei • 106 Pulsen pro Sekunde im fertigen Produkt nicht störend.

Die Erfindung läßt die positive Direlctstrukturierung, beispielsweise durch Laser, für die direkte Nutzung als Formwerkzeug zu, weiterhin die negative Strukturierung für die Nutzung in einem Kopierprozeß. Wenn sich ein Wickelprozeß anschließen soll, kann für eine entsprechende Winkelung gesorgt werden.

Durch solche Kombinationen ist es möglich, daß Materialien eingesetzt werden, die sich für die Direktstrukturierung nur schlecht eignen, aber ansonsten günstigere Eigenschaften als die Materialien für den Positivprozeß aufweisen. Dazu zählen gewickelte Faserverbundstoffe, injizierte Faserverbundstoffe und dergleichen.

Die Vervielfältigung ist wenig aufwendig, da mit Gießverfahren und Inj ektions verfahren kombiniert werden kann.

Im folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:

Figur Ia ein Beispiel einer dreidimensionalen Bebilderung eines Formelementes; Figur Ib eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Figur Ia;

Figur 2a eine Strukturierung mit integrierten Diffusem;

Figur 2b das Anbringen von Diffusem nach dem Stand der Technik;

Figur 3 ein Beispiel einer Formgebung, bei dem nicht abtragbare Zonen für den verwendeten Strahl vorgesehen sind;

Figur 4a und 4b einen Positiv-Positiv-Kopierprozeß unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens;

Figur 5a bis Figur 5d einen kombinierten Ätzprozeß/Maskenprozeß; und

Figur 6 ein Formelement, das einen Kopierprozeß und einen Wickelprozeß durchlaufen hat.

Figur 1 zeigt ein Formelement 10, in das mittels eines Strahles, beispielsweise eines Laserstrahles, eine Bebilderung 12 eingebracht ist. Das Verfahren ist dabei digital gesteuert, sowohl was das Abfahren des Laserstrahls auf der Oberfläche des Formelementes 10 betrifft, als auch was die Formgebung mit Hilfe unterschiedlicher digitalisierter Pulsenergien, Pulslängen oder Pulsintensitäten betrifft. Die Zahlen 0 (auf der Oberfläche des Formelementes) bis 4 zeigen dabei die entsprechende Tiefe der Struktur an. 0 bedeutet dabei eine Pulsenergie, Pulsintensität oder Pulslänge in einer Größenordnung, daß die Oberfläche des Formelementes nicht abgetragen wird. Die Zahl 4 zeigt in diesem Beispiel die größte Pulslänge, Pulsenergie oder Pulsintensität und somit die größte Abtragtiefe an. Dies ist in der Schnittansicht der Figur Ib veranschaulicht. Es erfolgt eine dreidimensionale Bebilderung des Formelementes bei einer kontinuierlichen Oberflächengeschwindigkeit des Laserstrahls auf dem Formelement 10.

Figur 2a zeigt ein weiteres Beispiel einer Bebilderung 12 eines Formelementes 10, bei der zusätzlich in die Topografϊe der Bebilderung Durchlässe bzw. Diffuser 14 eingebracht sind. Dabei können die Bebilderung 12 und die Diffuser 14 in einem einzigen Arbeitsgang unabhängig voneinander hergestellt werden.

Figur 2b zeigt, wie nach dem Stand der Technik bei einem strukturierten Formelement 10' Diffuser 14' angebracht werden. Die Diffuser 14' werden in der Regel durch ein Gewebe, Lochblech oder Sieb realisiert, das unter dem Formelement 10' mit seiner Struktur angebracht wird, so daß ein grundsätzlich zweiteiliger Aufbau erforderlich ist.

Figur 3 zeigt ein Beispiel eines Formelementes 10, bei dem ein Bereich 30 vorgesehen ist, der neben abtragbaren Materialzonen auch nicht abtragbare Materialzonen 32 aufweist, die beispielsweise aus CFK-Faser (carbonfaserverstärkter Kunststoff) bestehen. Eine Strahlquelle 20 wird nun während der Strukturierung nicht nur die gewünschten Bereiche des Formelementes 10 abtragen, sondern auch die abtragbaren Zonen aus der darunter liegenden Schicht 30. Die im Strahlschatten hinter den nicht abtragbaren Zonen 32 liegenden abtragbaren Zonen können über die Wärmeleitung, beispielsweise den Energieeintrag über Laserstrahlung, der nicht abtragbaren Zonen 32 ebenso aufgelöst werden.

Figur 4a und Figur 4b veranschaulichen eine Positiv-Positiv-Kopierprozeß unter Verwendung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung. Zunächst erfolgt eine Negativ-Laserung in einem biegsamen Mantel 42, der auf einer Trommel 44 aufgespannt ist. Dabei wird die dreidimensionale Struktur 40 positiv gelagert. Nach der Negativ-Laserung wird der Mantel 42 an der Schnittstelle 46 aufgeschnitten und, wie in Figur 4b zu sehen, in ein Rohr 50 gelegt. Der Mantel 42 kann beispielsweise über Vakuum gespannt werden. Daraufhin wird ein Positiv abgeformt, beispielsweise mittel injizierter Formmasse in den Bereichen 52, die sich zwischen der Struktur 40 und einem im Rohr 50 liegenden Kern 54 ausbilden. Strukturen für die Wasserstrahlverfestigung dürfen in der Regel keine Hinterschneidungen haben. Daher kann die Formstruktur nicht einfach invertiert werden, sondern muß, wie in dem Beispiel dargestellt, umgestülpt werden, um so eine offene und hinterschneidungsfreie Struktur zu erhalten.

Figur 5a bis 5d veranschaulichen einen kombinierten Ätzprozeß/Maskenprozeß, mit dem Flächen- und Tiefeninformation in zwei separaten Prozessen in die Oberfläche des Formelementes eingebracht werden. In Figur 5a ist auf einem metallischen Grundkörper 60 eine Ätzmaske 62 aufgebracht, aus der mittels Laserstrahlung ein Bereich 64 freigelegt worden ist. Alsdann erfolgt der Ätzprozeß, bei dem eine Vertiefung 66, wie in Figur 5b zu sehen, erzeugt wird. Die Ätzmaske 62 wird anschließend ergänzt, danach wird, in Figur 5c gezeigt, durch Laserstrahlung ein weiterer Bereich 68 freigelegt, durch den dann der metallische Grundkörper 60 geätzt wird. Eine weitere Ätzmaske 70 unter dem metallischen Grundkörper 60 schützt dabei vor dem Hinterätzen. Figur 5d zeigt das Ergebnis, bei dem in dem metallischen Grundkörper 60 der letztendlich geätzte Gesamtbereich 72 eingebracht ist. Ein solcher Ätzprozeß ist vorteilhaft mit dem Verfahren der vorliegenden Erfindung zu kombinieren, wenn gewünschte flächen- und tiefenvariable Strukturierungen beispielsweise in dem geätzten Gesamtbereich angebracht werden sollen.

Figur 6 veranschaulicht einen kombinierten Wickelprozeß/Kopierprozeß. Dabei erfolgt zunächst negative Laserung und eine anschließende Positivkopie durch einen Wickelprozeß. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Strukturen 12 auf einem Formelement 10 angebracht, wobei die Strukturen 12 dabei so angelegt sein müssen, daß sie über eine Winkelung, wie bei 72 und 74 angedeutet, verfügen. Die Winkelung 72, 74 ermöglicht einen problemlosen Wickelprozeß. Bereiche, die nicht genau mit der Flucht der Winkelungen 72, 74 übereinstimmen, können durch eine Matrix 76, welche Kurzfasern enthält, gefüllt werden. Die gewickelten Endlosfäden 78, 80 sind lediglich schematisch dargestellt. 82 zeigt Bereiche, in denen kein Endlosfäden liegen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.