DE102019003496A1 - Method and apparatus for making a watermarking tool - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs (30) mit einer Spritzgusskavität (56), die mit einem hochauflösendes, mehrstufiges Wasserzeichenrelief (54) versehen ist und in die zur Erzeugung eines Wasserzeichensatzes Kunststoff einspritzbar ist, wobei bei dem VerfahrenV) ein gewünschtes hochauflösendes, mehrstufiges Spritzgussrelief (22) für den Wasserzeichensatz (20) vorgegeben wird,B) aus dem vorgegebenen Spritzgussrelief (22) ein zugehöriges hochauflösendes, mehrstufiges Wasserzeichenrelief (54) zur (56) Erzeugung des vorgegebenen Spritzgussreliefs bestimmt wird,E) in einer 3D-Druckvorrichtung (60) durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials (70) ein Werkzeugrohling (84) mit dem in Schritt B) bestimmten Wasserzeichenrelief (54) erzeugt wird, G) der Werkzeugrohling (64) nach Schritt E) in derselben 3D-Druckvorrichtung (60) positionstreu angeordnet durch Laserbeaufschlagung poliert wird, um das erzeugte Wasserzeichenrelief (54) zu glätten, undW) der polierte Werkzeugrohling (40) zu einem Wasserzeichen-Werkzeug (30) weiterverarbeitet wird, wobei das in Schritt G) geglättete Wasserzeichenrelief das hochauflösende, mehrstufige Wasserzeichenrelief der Spritzgusskavität (56) des Wasserzeichen-Werkzeugs (30) bildet.Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Vorrichtung zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs mit einer Spritzgusskavität.The invention relates to a method for producing a watermark tool (30) with an injection-molded cavity (56) which is provided with a high-resolution, multi-level watermark relief (54) and into which plastic can be injected to produce a watermark set desired high-resolution, multi-level injection molding relief (22) for the watermark set (20) is specified, B) an associated high-resolution, multi-level watermark relief (54) for (56) generating the specified injection molding relief is determined from the specified injection molding relief (22), E) in a 3D printing device (60) a tool blank (84) with the watermark relief (54) determined in step B) is generated by layer-wise application and selective solidification of a building material (70), G) the tool blank (64) after step E) in the same 3D -Printing device (60) arranged in a true-to-position position is polished by applying a laser to produce the watermark to smooth the surface relief (54), andW) the polished tool blank (40) is further processed into a watermark tool (30), the watermark relief smoothed in step G) being the high-resolution, multi-level watermark relief of the injection molding cavity (56) of the watermark tool (30) The invention also relates to an associated apparatus for making a watermark tool having an injection molding cavity.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Herstellung von Wasserzeichenpapier und dabei insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs für die Herstellung von Wasserzeicheneinsätzen.The invention relates generally to the field of making watermark paper, and more particularly to a method and apparatus for making a watermark tool for making watermark inserts.

Sicherheitspapiere für Banknoten, Ausweisdokumente und dergleichen werden bei der Papierherstellung oft mit Wasserzeichen ausgestattet, die eine Überprüfung der Echtheit des Sicherheitspapiers gestatten und die zugleich als Schutz vor unerlaubter Reproduktion dienen. Zur Herstellung von Wasserzeichenpapier ist seit langem bekannt, Bronzesiebgewebe mit Messingprägestempeln in Reliefform zu bringen um bei der Papierherstellung unterschiedliche Ablagerungsschichtdicken der Fasern zu erhalten. Diese führen im fertigen Papier zu einem strukturierten Halbtonbild in Durchsicht, dem sogenannten Wasserzeichen. Um Wasserzeichen mit höherer Genauigkeit und Ortauflösung erzeugen zu können, ist es auch bekannt, die Spritzgusstechnologie mit anschließender Laserlochung der Spritzlinge für die Entwässerung einzusetzen, um Wasserzeicheneinsätze mit einem hochgenauen Spritzgussrelief zu erzeugen. Die Wasserzeicheneinsätze können mit einem Trägersieb verschweißt oder verklebt werden oder auch direkt in das Trägersieb eingespritzt werden.Security papers for banknotes, identity documents and the like are often provided with watermarks during paper production, which allow the authenticity of the security paper to be checked and which at the same time serve as protection against unauthorized reproduction. For the production of watermark paper it has long been known to bring bronze screen mesh with brass embossing stamps in relief in order to obtain different layer thicknesses of the fibers during paper production. In the finished paper, these lead to a structured halftone image in transparency, the so-called watermark. In order to be able to generate watermarks with higher accuracy and spatial resolution, it is also known to use injection molding technology with subsequent laser perforation of the injection molded parts for dewatering in order to produce watermark inserts with a highly accurate injection molding relief. The watermark inserts can be welded or glued to a carrier screen or injected directly into the carrier screen.

Zur Herstellung solcher hochauflösender Wasserzeicheneinsätze wird beispielsweise ein Spritzgusswerkzeug mit einer Spritzgusskavität eingesetzt, in die zur Erzeugung des Wasserzeichensatzes Kunststoff einspritzbar ist und die mit einem hochauflösenden mehrstufigen Wasserzeichenrelief in Form des invertierten Spritzgussreliefs versehen ist. In der Druckschrift EP 2 954 998 A1 ist hierzu vorgeschlagen worden, ein solches Spritzgusswerkzeug durch ein additives Fertigungsverfahren als Schichtenfolge einer Mehrzahl fest miteinander verbundener Materialschichten auszubilden. Mit einem solchen additiv gefertigten Spritzgusswerkzeug sollten sich im Prinzip deutlich höher auflösende Wasserzeicheneinsätze und damit letztlich wesentlich kontrastreichere Wasserzeichen erzeugen lassen als mit Spritzgusswerkzeugen, die durch herkömmliche Fertigungsverfahren hergestellt wurden.To produce such high-resolution watermark inserts, for example, an injection molding tool with an injection molding cavity is used, into which plastic can be injected to generate the watermark set and which is provided with a high-resolution multi-level watermark relief in the form of the inverted injection molding relief. In the pamphlet EP 2 954 998 A1 For this purpose, it has been proposed to design such an injection molding tool by an additive manufacturing method as a layer sequence of a plurality of material layers firmly connected to one another. With such an additively manufactured injection molding tool, it should in principle be possible to produce watermark inserts with a significantly higher resolution and thus ultimately much higher-contrast watermarks than with injection molding tools that were produced using conventional manufacturing processes.

Bisher können allerdings die potentiell überlegenen Eigenschaften von durch additive Fertigungsverfahren (nachfolgend auch oft kurz als 3D-Druck bezeichnet) hergestellten Spritzgusswerkzeugen in der Produktion noch nicht zur Geltung gebracht werden. Dort sind 3D-gedruckte Spritzgusswerkzeuge vor allem wegen ihrer relativ rauen Oberfläche derzeit nicht verwendbar, da sich die erzeugten Spritzlinge nur schlecht entformen lassen, was zu Blasen im Entwässerungssieb führt. Wird die Oberfläche der 3D-gedruckten Werkzeuge nachbehandelt, erfordert dies einen zusätzlichen Prozessschritt, der eine zusätzliche Bearbeitungsstation benötigt. Dabei stellt sich nicht nur das Problem der exakten Positionierung des Werkzeugs für die Nachbehandlung, sondern auch das Problem der Übergabe der 3D-Daten des hochauflösenden Oberflächenreliefs an die Nachbearbeitungsstation.So far, however, the potentially superior properties of injection molding tools produced by additive manufacturing processes (hereinafter also often referred to as 3D printing for short) have not yet been brought to bear in production. There, 3D-printed injection molding tools cannot currently be used, primarily because of their relatively rough surface, since the injection molded parts produced are difficult to demold, which leads to bubbles in the dewatering screen. If the surface of the 3D-printed tools is post-treated, this requires an additional process step that requires an additional processing station. This not only raises the problem of the exact positioning of the tool for post-processing, but also the problem of transferring the 3D data of the high-resolution surface relief to the post-processing station.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des Stands der Technik zu überwinden und insbesondere ein effektives Verfahren zum Herstellen eines produktionstauglichen Wasserzeichen-Werkzeugs anzugeben.Proceeding from this, the invention is based on the object of overcoming the disadvantages of the prior art and, in particular, of specifying an effective method for producing a watermarking tool suitable for production.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the features of the independent claims. Further developments of the invention are the subject of the subclaims.

Die Erfindung stellt ein Verfahren zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs mit einer Spritzgusskavität bereit, die mit einem hochauflösendes, mehrstufiges Wasserzeichenrelief versehen ist und in die zur Erzeugung eines Wasserzeichensatzes Kunststoff einspritzbar ist, wobei bei dem Verfahren

• V) ein gewünschtes hochauflösendes, mehrstufiges Spritzgussrelief für den Wasserzeichensatz vorgegeben wird,
• B) aus dem vorgegebenen Spritzgussrelief ein zugehöriges hochauflösendes, mehrstufiges Wasserzeichenrelief zur Erzeugung des vorgegebenen Spritzgussreliefs bestimmt wird,
• E) in einer 3D-Druckvorrichtung durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials ein Werkzeugrohling mit dem in Schritt B) bestimmten Wasserzeichenrelief erzeugt wird,
• G) der Werkzeugrohling nach Schritt E) in derselben 3D-Druckvorrichtung positionstreu angeordnet durch Laserbeaufschlagung poliert wird, um das erzeugte Wasserzeichenrelief zu glätten, und
• W) der polierte Werkzeugrohling zu einem Wasserzeichen-Werkzeug weiterverarbeitet wird, wobei das in Schritt G) geglättete Wasserzeichenrelief das hochauflösende, mehrstufige Wasserzeichenrelief der Spritzgusskavität des Wasserzeichen-Werkzeugs bildet.

The invention provides a method for producing a watermark tool with an injection molding cavity which is provided with a high-resolution, multi-level watermark relief and into which plastic can be injected in order to produce a watermark set, wherein in the method

• V) a desired high-resolution, multi-level injection molding relief is specified for the watermark set,
• B) an associated high-resolution, multi-level watermark relief for generating the specified injection molding relief is determined from the given injection molding relief,
• E) a tool blank with the watermark relief determined in step B) is produced in a 3D printing device by applying and selectively solidifying a build-up material in layers,
• G) the tool blank after step E) is arranged in the same 3D printing device in a true-to-position manner and is polished by exposure to a laser in order to smooth the watermark relief produced, and
• W) the polished tool blank is further processed into a watermark tool, the watermark relief smoothed in step G) forming the high-resolution, multi-level watermark relief of the injection molding cavity of the watermark tool.

Im Rahmen dieser Beschreibung ist ein Wasserzeichen-Werkzeug ein Werkzeug für die Herstellung eines Wasserzeichensatzes, wobei das Wasserzeichen-Werkzeug eine Spritzgusskavität ausbildet, in die zur Erzeugung des Wasserzeichensatzes Kunststoff einspritzbar ist. Das Wasserzeichen-Werkzeug kann beispielsweise in Form eines Spritzgusswerkzeugs für die Herstellung eines Wasserzeichensatzes ausgebildet sein, der nachfolgend mit einem Entwässerungssieb verbunden wird. Das Wasserzeichen-Werkzeug kann aber beispielsweise auch ein Spritzgusswerkzeug mit einem Werkzeugoberteil und einem Werkzeugunterteil darstellen, wobei die beiden Werkzeugteile zwischen sich ein mit einer Aussparung versehenes Entwässerungssieb aufnehmen und im Bereich der Aussparung eine Spritzgusskavität ausbilden, so dass ein Wasserzeicheneinsatz direkt in die Aussparung das Entwässerungssiebs eingespritzt werden kann.In the context of this description, a watermark tool is a tool for the production of a watermark set, the watermark tool forming an injection-molded cavity into which plastic can be injected in order to generate the watermark set. The watermark tool can, for example, in the form of an injection molding tool for the production of a Be formed watermark set, which is subsequently connected to a drainage screen. The watermark tool can, for example, also represent an injection molding tool with an upper tool part and a lower tool part, the two tool parts receiving a drainage screen provided with a recess between them and forming an injection molding cavity in the area of the recess, so that a watermark insert can be inserted directly into the recess of the drainage screen can be injected.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird der erzeugte Werkzeugrohling im Schritt G) entsprechend den in Schritt B) bestimmten Stufen des Wasserzeichenreliefs stufenweise geglättet. Dabei kann die Höhe der Stufen der Schichtdicke der in Schritt E) erzeugten Schichten entsprechen, die Stufenhöhe kann allerdings auch ein Vielfaches diese Schichtdicke betragen. In jeder Stufe werden mit Vorteil jeweils nur diejenigen Oberflächenbereiche des Wasserzeichenreliefs geglättet, auf denen in Schritt E) keine weitere Schicht aufgebaut wurde. Die Stufen des Wasserzeichenreliefs werden vorzugsweise von sequentiell von unten nach oben oder von oben nach unten geglättet, so dass jeweils eine Höhenstufe vollständig geglättet ist, bevor die nächsthöhere oder nächstniedrigere Stufe bearbeitet wird. Die Lage und Ausdehnung der Stufen und die Form und Lage der in jeder Stufe zu glättenden Oberflächenbereiche werden dabei vorteilhaft einem in Schritt B) erzeugten Datensatz zur Beschreibung des hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenreliefs entnommen.In an advantageous embodiment of the method, the tool blank produced is smoothed step-by-step in step G) in accordance with the steps of the watermark relief determined in step B). The height of the steps can correspond to the layer thickness of the layers produced in step E), but the step height can also be a multiple of this layer thickness. In each stage, only those surface areas of the watermark relief are advantageously smoothed on which no further layer was built up in step E). The steps of the watermark relief are preferably smoothed sequentially from bottom to top or from top to bottom so that each height step is completely smoothed before the next higher or next lower step is processed. The position and extent of the steps and the shape and position of the surface areas to be smoothed in each step are advantageously taken from a data record generated in step B) for describing the high-resolution, multi-step watermark relief.

Mit Vorteil wird der erzeugte Werkzeugrohling im Schritt G) durch Laserumschmelzpolieren geglättet. Beim Laserumschmelzpolieren wird kein Material abgetragen, sondern die zu glättende Oberfläche wird durch die einfallende Laserenergie zusammen mit eventuell an der Oberfläche anhaftenden Partikeln aufgeschmolzen, und dadurch die Unebenheiten in die Oberfläche integriert und diese geglättet. Darüber hinaus kann durch ein Aufschmelzen randnaher Schichtbereiche auch die Oberflächenflächenspannung in den geglätteten Schichten verringert werden.The tool blank produced is advantageously smoothed in step G) by laser reflow polishing. With laser reflow polishing, no material is removed, but the surface to be smoothed is melted by the incident laser energy together with any particles adhering to the surface, and the unevenness is thereby integrated into the surface and smoothed. In addition, the surface tension in the smoothed layers can be reduced by melting on layer areas close to the edge.

Bei einer vorteilhaften Verfahrensführung wird der erzeugte Werkzeugrohling im Schritt G) in zwei oder mehr Polierschritten, die mit unterschiedlichen Laserparametern durchgeführt werden, geglättet. Dabei können durch einen Polierschritt mit Dauerstrich-Laserstrahlung wegen des fortlaufend bestehenden Schmelzbades nicht nur lokale Oberflächendefekte beseitigt, sondern auch Oberflächenwelligkeiten der zu glättenden Schicht wirkungsvoll reduziert werden. Ein Polierschritt mit gepulster Laserstrahlung ermöglicht durch die Wahl der Pulslänge und der Wiederholrate eine besonders genaue Regulierung des Wärmeflusses in die Schichtoberfläche. Es ist daher in einer vorteilhaften Gestaltung vorgesehen, dass ein Polierschritt, insbesondere ein erster Polierschritt, mit Dauerstrich-Laserstrahlung und ein weiterer Polierschritt, insbesondere ein nachfolgender Polierschritt, mit gepulster Laserstrahlung durchgeführt wird. Um die Oberfläche besonders schonend zu glätten, können mehrere Polierschritte mit einem relativ geringem Energieeintrag durchgeführt werden, bei dem jeweils nur ein oberflächennaher Bereich der zu glättenden Schicht aufgeschmolzen wird.In an advantageous method, the tool blank produced is smoothed in step G) in two or more polishing steps that are carried out with different laser parameters. A polishing step with continuous wave laser radiation not only eliminates local surface defects due to the continuously existing melt pool, but also effectively reduces surface waviness of the layer to be smoothed. A polishing step with pulsed laser radiation enables a particularly precise regulation of the heat flow into the layer surface through the choice of the pulse length and the repetition rate. It is therefore provided in an advantageous embodiment that a polishing step, in particular a first polishing step, is carried out with continuous wave laser radiation and a further polishing step, in particular a subsequent polishing step, is carried out with pulsed laser radiation. In order to smooth the surface particularly gently, several polishing steps can be carried out with a relatively low input of energy, in which only one area of the layer to be smoothed close to the surface is melted.

Der Werkzeugrohling wird bei einer vorteilhaften Verfahrensführung in Schritt E) auf einer verfahrbaren Arbeitsplatte erzeugt, und der erzeugte Werkzeugrohling wird im Schritt G) auf der verfahrbaren Arbeitsplatte für die Glättung der verschiedenen Stufen des Wasserzeichenreliefs in unterschiedliche Höhen verfahren.The tool blank is produced on a movable worktop in step E), and the tool blank generated is moved to different heights on the movable worktop in step G) for smoothing the various stages of the watermark relief.

Zwischen den Schritten E) und G) wird der Werkzeugrohling mit Vorteil in einem Schritt E2) der 3D-Druckvorrichtung entnommen, die 3D-Druckvorrichtung und vorzugsweise auch der Werkzeugrohling werden gereinigt, und der Werkzeugrohling wird dann positionsgenau wieder in die 3D-Druckvorrichtung eingesetzt, so dass er dort positionstreu zu seiner Lage nach Abschluss von Schritt E) angeordnet ist.Between steps E) and G), the tool blank is advantageously made in one step E2 ) removed from the 3D printing device, the 3D printing device and preferably also the tool blank are cleaned, and the tool blank is then reinserted in the 3D printing device in a precisely positioned manner, so that it is arranged there true to its position after completing step E).

Die Positionstreue kann vorteilhaft beispielsweise dadurch erreicht werden, dass der Werkzeugrohling in Schritt E) auf einer über Passstifte auf der verfahrbaren Arbeitsplatte positionierten Bauplattform erzeugt wird, der Werkzeugrohling mit der Bauplattform in Schritt E2) der 3D-Druckvorrichtung entnommen wird, und die Bauplattform mit dem Werkzeugrohling nach der genannten Reinigung über die Passstifte positionsgenau wieder auf der verfahrbaren Arbeitsplatte eingesetzt wird.The positional accuracy can advantageously be achieved, for example, in that the tool blank is generated in step E) on a construction platform positioned on the movable worktop via alignment pins, the tool blank with the construction platform in step E2 ) is removed from the 3D printing device, and the construction platform with the tool blank is reinserted in the exact position on the movable worktop via the alignment pins after the aforementioned cleaning.

Zum Aufbauen des Werkzeugrohling in Schritt E) wird mit Vorteil ein Aufbaumaterial, insbesondere ein pulverförmiges Aufbaumaterial, schichtweise aufgebracht und durch Laserbeaufschlagung selektiv verfestigt. Die selektive Verfestigung in Schritt E) und das Laserumschmelzpolieren in Schritt G) werden dabei vorteilhaft mit demselben Lasersystem durchgeführt.To build up the tool blank in step E), a build-up material, in particular a powdery build-up material, is advantageously applied in layers and selectively solidified by applying a laser. The selective solidification in step E) and the laser reflow polishing in step G) are advantageously carried out with the same laser system.

Im Schritt B) wird mit besonderem Vorteil ein das hochauflösende, mehrstufige Wasserzeichenrelief beschreibender Datensatz erzeugt, und mit diesem Datensatz wird sowohl der schichtweise Aufbau des Werkzeugrohlings in Schritt E), also auch das Polieren, insbesondere das stufenweise Glätten des Wasserzeichenreliefs in Schritt G) in der 3D-Druckvorrichtung gesteuert. Insbesondere kann auf Grundlage dieses Datensatzes die Laserbeaufschlagung in Schritt G) so gesteuert werden, dass jeweils nur diejenigen Oberflächenbereiche des Wasserzeichenreliefs geglättet werden, auf denen in Schritt E) keine weitere Schicht aufgebaut wurde.In step B), a data record describing the high-resolution, multi-level watermark relief is generated with particular advantage, and with this data record both the layered structure of the tool blank in step E), and also the polishing, in particular the gradual smoothing of the watermark relief in step G) in controlled by the 3D printing device. In particular, on the basis of this data set, the laser exposure in step G) can be controlled in such a way that only those surface areas of the Watermark reliefs are smoothed on which no further layer was built up in step E).

Mit Vorteil ist weiter vorgesehen, dass in Schritt B) zur Bestimmung des hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenreliefs das vorgegebene Spritzgussrelief invertiert wird und dass vorzugsweise zudem senkrechte Strukturen im vorgegebenen Spritzgussrelief durch leicht geneigte Strukturen im Wasserzeichenrelief ersetzt werden. Leicht geneigte Strukturen sind dabei Strukturen mit einem Neigungswinkel zwischen 0,5° und 4°, vorzugsweise zwischen 1,5° und 3°, gegen die Senkrechte. Diese Maßnahmen erleichtert das Laserumschmelzpolieren auch bei fast senkrecht abfallenden Stufen des Wasserzeichenreliefs.It is also advantageously provided that in step B) the predetermined injection molding relief is inverted in order to determine the high-resolution, multi-level watermark relief and that preferably vertical structures in the predetermined injection molding relief are also replaced by slightly inclined structures in the watermark relief. Slightly inclined structures are structures with an inclination angle between 0.5 ° and 4 °, preferably between 1.5 ° and 3 °, with respect to the vertical. These measures facilitate laser reflow polishing even with almost vertically sloping steps in the watermark relief.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das hochauflösende mehrstufige Wasserzeichenrelief des Wasserzeichen-Werkzeugs Erhebungen und Vertiefungen mit scharfen Rändern einer Randbreite zwischen 0, 3 mm und 0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,4 mm und 0,6 mm auf. Die Randbreite ist dabei diejenige Breite innerhalb der die Höhe einer Erhebung von 90% der Maximalhöhe auf 10% abfällt, oder innerhalb der die Tiefe einer Vertiefung von 90% der Maximaltiefe auf 10% ansteigt.In an advantageous embodiment, the high-resolution multistage watermark relief of the watermarking tool has elevations and depressions with sharp edges with an edge width between 0.3 mm and 0.8 mm, preferably between 0.4 mm and 0.6 mm. The edge width is the width within which the height of an elevation drops from 90% of the maximum height to 10%, or within which the depth of a depression increases from 90% of the maximum depth to 10%.

Alterativ oder zusätzlich ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung vorgesehen, dass das hochauflösende mehrstufige Wasserzeichenrelief des Wasserzeichen-Werkzeugs eine mittlere Ortsfrequenz von 0,8 Lp/mm bis 3 Lp/mm aufweist. Die Ortsfrequenz stellt dabei ein Maß zur Quantifizierung der Bildschärfe dar. Sie gibt an, wie viele schwarz/weiße Linienpaare pro Längeneinheit maximal auflösbar sind, und wird üblicherweise in der Einheit Lp/mm (Linienpaare pro Millimeter) angegeben. Eine hohe Bildschärfe entspricht dabei einer hohen Ortsfrequenz, eine niedrige Bildschärfe einer niedrigen Ortsfrequenz. Die Bezeichnung „mittlere Ortsfrequenz“ trägt der Tatsache Rechnung, dass die Ortsfrequenz nicht im gesamten Bereich des Wasserzeichenreliefs konstant sein muss.Alternatively or additionally, it is provided in an advantageous embodiment that the high-resolution, multi-level watermark relief of the watermark tool has an average spatial frequency of 0.8 Lp / mm to 3 Lp / mm. The spatial frequency represents a measure for quantifying the image sharpness. It indicates the maximum number of black / white line pairs that can be resolved per unit of length and is usually specified in the unit Lp / mm (line pairs per millimeter). A high image sharpness corresponds to a high spatial frequency, and a low image sharpness corresponds to a low spatial frequency. The term “mean spatial frequency” takes into account the fact that the spatial frequency does not have to be constant over the entire area of the watermark relief.

Im Schritt W) wird der polierte Werkzeugrohling in einer solchen Weise zu einem Wasserzeichen-Werkzeug weiterverarbeitet, dass das in Schritt G) geglättete Wasserzeichenrelief das hochauflösende, mehrstufige Wasserzeichenrelief der Spritzgusskavität des Wasserzeichen-Werkzeugs bildet. Der polierte Werkzeugrohling kann beispielsweise als ein die Reliefstruktur der Spritzgusskavität aufweisender Reliefeinsatz in das Reliefwerkzeug eines Spritzgusswerkzeugs eingesetzt werden. Der polierte Werkzeugrohling kann auch das gesamte Reliefwerkzeug eines Spritzgusswerkzeugs bilden, wobei das Reliefwerkzeug zur Vervollständigung des Spritzgusswerkzeugs noch mit einem zugehörigen Düsenwerkzeug kombiniert wird. Schließlich kann der polierte Werkzeugrohling bei entsprechender Auslegung auch bereits im Wesentlichen das vollständige Spritzgusswerkzeug darstellen.In step W), the polished tool blank is further processed into a watermark tool in such a way that the watermark relief smoothed in step G) forms the high-resolution, multi-level watermark relief of the injection molding cavity of the watermark tool. The polished tool blank can for example be inserted into the relief tool of an injection molding tool as a relief insert having the relief structure of the injection molding cavity. The polished tool blank can also form the entire relief tool of an injection molding tool, the relief tool also being combined with an associated nozzle tool to complete the injection molding tool. Finally, with an appropriate design, the polished tool blank can also essentially represent the complete injection molding tool.

Die Erfindung enthält auch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs mit einer Spritzgusskavität, die mit einem hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief versehen ist, mit

• - einer höhenverfahrbaren Arbeitsplatte und einer lösbar aber positionstreu mit der höhenverfahrbaren Arbeitsplatte verbundenen Grundplatte, auf der ein Werkzeugrohling mit einem hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials aufgebaut wird,
• - eine Bestrahleinrichtung zum selektiven Bestrahlen des Aufbaumaterials,
• - einer Steuereinrichtung, die ausgelegt ist um
  • -- einerseits die höhenverfahrbare Arbeitsplatte und die Bestrahleinrichtung zum Aufbau des Werkzeugrohlings mit dem hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief zu steuern, und
  • -- andererseits die höhenverfahrbare Arbeitsplatte und die Bestrahleinrichtung zum Polieren des aufgebauten Werkzeugrohlings und zum Glätten des hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief zu steuern.

The invention also includes an apparatus for producing a watermark tool having an injection molding cavity which is provided with a high-resolution, multi-level watermark relief

• - a height-adjustable worktop and a base plate that is detachably but accurately positioned with the height-adjustable worktop, on which a tool blank with a high-resolution, multi-level watermark relief is built up by applying a building material in layers and selectively solidifying it,
• - an irradiation device for the selective irradiation of the building material,
• - A control device that is designed to
  • - on the one hand to control the height-adjustable worktop and the irradiation device for building up the tool blank with the high-resolution, multi-level watermark relief, and
  • - On the other hand, to control the height-adjustable worktop and the irradiation device for polishing the built-up tool blank and for smoothing the high-resolution, multi-level watermark relief.

Bevorzugt handelt es sich bei der Bestrahleinrichtung um eine Lasereinrichtung.The irradiation device is preferably a laser device.

Weitere Ausführungsbeispiele sowie Vorteile der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert, bei deren Darstellung auf eine maßstabs- und proportionsgetreue Wiedergabe verzichtet wurde, um die Anschaulichkeit zu erhöhen.Further exemplary embodiments as well as advantages of the invention are explained below with reference to the figures, in the representation of which a reproduction true to scale and proportion was dispensed with in order to increase the clarity.

Es zeigen:

• 1 schematisch ein Entwässerungssieb mit einem Siebgewebe, in das im Bereich einer Aussparung ein Wasserzeicheneinsatz eingespritzt ist,
• 2 ein Spritzgusswerkzeug mit einem erfindungsgemäß hergestellten Reliefeinsatz zum Einspritzen des Wasserzeicheneinsatzes der 1 in das Entwässerungssieb,
• 3 in (a) bis (h) verschiedene Zwischenschritte bei einer beispielhaften Herstellung des Reliefeinsatzes der 2 in einer 3D-Druckvorrichtung, und
• 4 schematisch eine Vorrichtung zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs der beschriebenen Art.

Show it:

• 1 schematically a dewatering screen with a screen fabric into which a watermark insert is injected in the area of a recess,
• 2 an injection molding tool with a relief insert produced according to the invention for injecting the watermark insert from FIG 1 into the drainage sieve,
• 3 in (a) to (h) various intermediate steps in an exemplary production of the relief insert of 2 in a 3D printing device, and
• 4th schematically an apparatus for producing a watermarking tool of the type described.

Die Erfindung wird nun am Beispiel eines Spritzgusswerkzeugs 30 für die Erzeugung eines Wasserzeichensatzes 20 eines Entwässerungssiebes 10 erläutert. 1 zeigt hierzu schematisch ein Entwässerungssieb 10 mit einem Siebgewebe 12, in das im Bereich einer Aussparung 14 ein Wasserzeicheneinsatz eingespritzt ist. Der Wasserzeicheneinsatz 20 weist ein hochauflösendes, mehrstufiges Spritzgussrelief 22 auf, das eine sehr detailreiche Darstellung graphischer Motive, beispielsweise eines Portraits erlaubt. Wie üblich ist der Wasserzeicheneinsatzes 20 mit einer Mehrzahl kleiner Perforationen 24 versehen, um bei der Papierherstellung eine Entwässerung auch im Bereich des Wasserzeicheneinsatzes 20 sicherzustellen.The invention will now be explained using the example of an injection molding tool 30th for the creation of a watermark set 20th of a drainage screen 10 explained. 1 shows this schematically a dewatering screen 10 with a sieve mesh 12 , in the area of a recess 14th a watermark insert is injected. The watermark insert 20th has a high-resolution, multi-level injection molding relief 22nd which allows a very detailed representation of graphic motifs, for example a portrait. As usual, the watermark is used 20th with a plurality of small perforations 24 provided in order to ensure drainage also in the area of the watermark insert during papermaking 20th to ensure.

2 zeigt ein erfindungsgemäßes Spritzgusswerkzeug 30 zum Einspritzen des Wasserzeicheneinsatzes 20 in das Entwässerungssieb 10 der 1. Das Spritzgusswerkzeug 30 enthält ein Düsenwerkzeug 32, das als Spritzgusswerkzeugoberteil dient, und ein Reliefwerkzeug 50, das als Spritzgusswerkzeugunterteil dient. Das Düsenwerkzeug 32 ist in Form einer flachen Platte mit einer Ober- und einer Unterseite ausgebildet. An seiner Unterseite ist in dem Düsenwerkzeug 32 eine Düsenwerkzeugkavität 36 ausgebildet, die mit einer an der Oberseite des Düsenwerkzeugs 32 angeordneten Düsenöffnung zum Einspritzen von Kunststoff in die Düsenwerkzeugkavität 36 verbunden ist. Das Reliefwerkzeug 50 ist ebenfalls in Form einer flachen Platte mit einer Ober- und einer Unterseite ausgebildet, wobei in das Reliefwerkzeug 50 an der Oberseite ein 3D-gedruckter Reliefeinsatz 40 eingesetzt ist, der an seiner Oberseite mit einem hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief 54 in Form des invertierten Spritzgussreliefs 22 versehen ist. 2 shows an injection molding tool according to the invention 30th for injecting the watermark insert 20th into the drainage sieve 10 the 1 . The injection molding tool 30th includes a nozzle tool 32 , which serves as the upper part of the injection molding tool, and a relief tool 50 , which serves as the lower part of the injection molding tool. The nozzle tool 32 is in the form of a flat plate with a top and a bottom. At its bottom is in the nozzle tool 32 a nozzle tool cavity 36 formed with one at the top of the nozzle tool 32 arranged nozzle opening for injecting plastic into the nozzle tool cavity 36 connected is. The relief tool 50 is also in the form of a flat plate with a top and a bottom, with the relief tool 50 A 3D-printed relief insert on the top 40 is used, which is on its upper side with a high-resolution, multi-level watermark relief 54 in the form of the inverted injection molding relief 22nd is provided.

Nach dem Ausschneiden der Aussparung 14 aus dem Siebgewebe 12 wird das Spritzgusswerkzeug 30 mit Düsenwerkzeug 32 und Reliefwerkzeug 50 an die ausgesparten Stellen des Entwässerungssiebs 10 verfahren, so dass das Düsenwerkzeug 32 oberhalb und das Reliefwerkzeug 50 mit dem Reliefeinsatz 40 deckungsgleich unterhalb der Aussparung 14 angeordnet sind. Dann werden die beiden Werkzeuge 32, 50 in vertikaler Richtung zusammengeführt, so dass sie das Entwässerungssieb 10 im Bereich der Aussparung 14 mit einem vorgegebenen Pressdruck zwischen sich aufnehmen.After cutting out the recess 14th from the sieve mesh 12 becomes the injection mold 30th with nozzle tool 32 and relief tool 50 to the recessed areas of the drainage sieve 10 traverse so that the nozzle tool 32 above and the relief tool 50 with the relief insert 40 congruent below the recess 14th are arranged. Then the two tools 32 , 50 merged in the vertical direction so that they are the drainage screen 10 in the area of the recess 14th take up between them with a predetermined pressure.

Das Spritzgusswerkzeug 30 bildet dabei eine Spitzgusskavität 56 aus, die die Düsenwerkzeugkavität 36 und die Aussparung 14 des Entwässerungssiebs 10 umfasst und die an ihrer Unterseite von dem Wasserzeichenrelief 54 des Reliefeinsatzes 40 des Reliefwerkzeugs 50 begrenzt ist. Beim Einspritzen von Kunststoff in die Spitzgusskavität 56 entsteht so ein direkt in das Entwässerungssieb 10 eingespritzter Wasserzeicheneinsatz 20 mit dem gewünschten Spritzgussrelief 22. Nach dem Entfernen des Spritzgusswerkzeugs 30 enthält das Entwässerungssieb 10 einen Wasserzeicheneinsatz 20 mit dem hochauflösenden Relief 22, wie in 1 gezeigt.The injection molding tool 30th forms an injection molding cavity 56 from which the nozzle mold cavity 36 and the recess 14th of the drainage sieve 10 includes and on their underside of the watermark relief 54 of the relief insert 40 of the relief tool 50 is limited. When injecting plastic into the injection molding cavity 56 this creates a directly in the drainage sieve 10 injected watermark insert 20th with the desired injection molding relief 22nd . After removing the injection mold 30th contains the drainage sieve 10 a watermark insert 20th with the high resolution relief 22nd , as in 1 shown.

Der Reliefeinsatz 40 des Reliefwerkzeugs 50 umfasst eine Grundplatte mit dem hochauflösenden mehrstufigen Wasserzeichenrelief 54, wobei der Reliefeinsatz 40 einschließlich Grundplatte und Relief 54 durch ein additives Fertigungsverfahren als Schichtenfolge einer Mehrzahl fest miteinander verbundener Materialschichten 42 gebildet ist. Im Ausführungsbeispiel ist dieser 3D-gedruckte Reliefeinsatz 40 in ein in herkömmlich Weise erzeugtes Reliefwerkzeug 50 eingesetzt. Es ist allerdings auch möglich, das gesamte Reliefwerkzeug 50 und gegebenenfalls auch das Düsenwerkzeug 32 durch ein additives Fertigungsverfahren zu erzeugen.The relief insert 40 of the relief tool 50 includes a base plate with the high-resolution multilevel watermark relief 54 , the relief insert 40 including base plate and relief 54 by an additive manufacturing process as a layer sequence of a plurality of firmly connected material layers 42 is formed. In the exemplary embodiment, this is a 3D-printed relief insert 40 into a relief tool produced in a conventional manner 50 used. However, it is also possible to use the entire relief tool 50 and possibly also the nozzle tool 32 by an additive manufacturing process.

Als Besonderheit stellt die vorliegende Erfindung ein effektives und hochgenaues Herstellungsverfahren bereit um den wesentlichen, das Wasserzeichenrelief 54 enthaltenden Teil 40 des Spritzgusswerkzeugs zu erzeugen. Das Verfahren ist nachfolgend mit Bezug auf 3 im Detail erläutert, die in (a) bis (h) verschiedene Zwischenschritte bei einer beispielhaften Herstellung des Reliefeinsatzes 40 zeigt.As a special feature, the present invention provides an effective and highly accurate manufacturing process around the essential, the watermark relief 54 containing part 40 of the injection molding tool. The procedure is below with reference to FIG 3 explains in detail the various intermediate steps in (a) to (h) in an exemplary production of the relief insert 40 shows.

Mit Bezug zunächst auf 3(a) enthält eine ausschnittsweise dargestellte 3D-Druckvorrichtung 60 eine verfahrbare Arbeitsplatte 62, die in einem Bearbeitungsraum 64 vertikal verfahrbar ist. Der Reliefeinsatz 40 wird auf einer Bauplattform 66 aufgebaut, die über mehrere Passstifte 68 lösbar mit der Arbeitsplatte 62 verbunden ist. Durch die Passstifte 68 und entsprechende Ausnehmungen in der Bauplattform 66 ist sichergestellt, dass die Bauplattform der 3D-Druckvorrichtung entnommen und nachfolgend positionstreu wieder in die 3D-Druckvorrichtung eingesetzt werden kann.With reference first to 3 (a) a 3D printing device 60 shown in detail contains a movable work surface 62 working in a machining room 64 can be moved vertically. The relief insert 40 is on a build platform 66 built up over several dowel pins 68 detachable with the worktop 62 connected is. Through the dowel pins 68 and corresponding recesses in the build platform 66 it is ensured that the construction platform can be removed from the 3D printing device and then reinserted into the 3D printing device in the correct position.

Zur Erzeugung eines Reliefeinsatzrohlings 84 wird dieser in der 3D-Druckvorrichtung 60 durch selektiven Laserstrahlschmelzen (LBM, laser beam melting), also durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials erzeugt.For producing a relief insert blank 84 this is generated in the 3-D printing device 60 by selective laser beam melting (LBM, laser beam melting), that is, by applying a build-up material in layers and selectively solidifying it.

Dazu wird zunächst auf Grundlage des vorgegebenen Spritzgussreliefs 22 des Wasserzeichensatzes 20 ein zugehöriges hochauflösendes, mehrstufiges Wasserzeichenrelief 54 bestimmt, dass beim späteren Einspritzen des Kunststoffes in die Spitzgusskavität 56 das gewünschte Spritzgussrelief erzeugt. Diese Bestimmung erfolgt vorzugsweise rechnergestützt und umfasst eine Invertierung des vorgegebenen Spritzgussreliefs 22. Zusätzlich können weitere Aufbereitungsschritte vorgesehen sein, die den Besonderheiten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens Rechnung tragen. Beispielsweise kann es für den weiter unten beschriebenen Laserpolierschritt vorteilhaft sein, wenn das Wasserzeichenrelief 54 keine vollkommen senkrechten Strukturen aufweist.This is done first on the basis of the specified injection molding relief 22nd of the watermark set 20th an associated high-resolution, multi-level watermark relief 54 determines that when the plastic is later injected into the injection mold cavity 56 creates the desired injection molding relief. This determination is preferably computer-aided and includes an inversion of the predetermined injection molding relief 22nd . In addition, further processing steps can be provided which take into account the special features of the manufacturing method according to the invention. For example, it can be advantageous for the laser polishing step described below if the watermark relief 54 does not have completely vertical structures.

Daher werden eventuelle senkrechte Strukturen im Spritzgussrelief 22 im Wasserzeichenrelief 54 durch leicht geneigte Strukturen ersetzt. Für die leicht geneigten Strukturen haben sich Neigungswinkel α zwischen 0,5° und 4°, vorzugsweise zwischen 1,5° und 3°, insbesondere von etwa 2,5° gegen die Senkrechte als vorteilhaft erwiesen. Nach Wahl eines Neigungswinkels α , beispielsweise α = 2,5°, werden alle Strukturen des Spritzgussreliefs 22 mit einem Steigungswinkel zwischen 90° und 90°- α im Wasserzeichenrelief 54 durch leicht geneigte Strukturen mit einem Steigungswinkel 90°- α ersetzt. Die 3D-Daten des so bestimmten Wasserzeichenreliefs 54 bilden einen Datensatz, der als Baudatei an eine Rechnereinheit übermittelt wird, die auf deren Grundlage die 3D-Druckvorrichtung 60 entsprechend steuert.Therefore, any vertical structures in the injection molded relief 22nd in the watermark relief 54 replaced by slightly inclined structures. For the slightly inclined structures, angles of inclination α between 0.5 ° and 4 °, preferably between 1.5 ° and 3 °, in particular of approximately 2.5 ° from the vertical have proven to be advantageous. After selecting an angle of inclination α, for example α = 2.5 °, all structures of the injection molded relief are made 22nd with a slope angle between 90 ° and 90 ° - α in the watermark relief 54 replaced by slightly inclined structures with an incline angle of 90 ° - α. The 3D data of the watermark relief thus determined 54 form a data record which is transmitted as a construction file to a computer unit which, on the basis of this, controls the 3D printing device 60 accordingly.

Es versteht sich, dass die graphische Darstellung in 3 zur Illustration des Erfindungsprinzips stark schematisiert ist. Beispielsweise haben die Granulat- bzw. Pulverpartikel des Aufbaumaterials in der Praxis meist unterschiedliche Größe, im Ausführungsbeispiel etwa eine maximale Größe von 63 µm. Damit werden beispielsweise verfestigte Pulverschichten einer Schichtdicke von etwa 20 µm erzeugt. Es versteht sich weiter, dass der Reliefeinsatzrohling in der Praxis nicht nur aus einigen wenigen, sondern einer großen Zahl von separat aufgebrachten und verfestigten Schichten aufgebaut wird, so dass eine hohe Auflösung und Detailtreue des Wasserzeichenreliefs 54 erreicht werden kann.It is understood that the graph in 3 is highly schematic to illustrate the principle of the invention. For example, the granulate or powder particles of the build-up material usually have different sizes in practice, in the exemplary embodiment a maximum size of approximately 63 μm. In this way, for example, solidified powder layers with a layer thickness of about 20 µm are produced. It is further understood that in practice the relief insert blank is built up not only from a few, but from a large number of separately applied and solidified layers, so that a high resolution and detail of the watermark relief 54 can be achieved.

Mit Bezug noch auf 3(a) wird zunächst eine erste Granulat- bzw. Pulverschicht 70 des Aufbaumaterials auf die Bauplattform 66 aufgebracht. Das Aufbaumaterial wird im Bereich 72 der gewünschten Abmessungen des Rohlings durch Laserbeaufschlagung 74 miteinander verschmolzen und dadurch selektiv verfestigt. Wie in 3(b) schematisch dargestellt, weist die selektiv verfestigte Materialschicht 76 eine relativ große Oberflächenwelligkeit 78 auf. Die Größe der Welligkeit der Materialschicht 76 hängt von den Details des Bauprozesses ab und beträgt beispielsweise knapp 10 µm.Still referring to 3 (a) is first a first granulate or powder layer 70 of the construction material on the construction platform 66 upset. The construction material is in the area 72 the desired dimensions of the blank by applying a laser 74 fused together and thereby selectively solidified. As in 3 (b) shown schematically, the selectively solidified material layer 76 a relatively large surface waviness 78 on. The size of the waviness of the material layer 76 depends on the details of the construction process and is, for example, just under 10 µm.

Nach der Verfestigung der ersten Schicht 76 wird die Arbeitsplatte 62 schrittweise abgesenkt und jeweils weitere Granulat- bzw. Pulverschichten aufgebracht und verfestigt, um die Grundplatte 80 des Wasserzeicheneinsatzes 20 fertigzustellen, wie in 3(c) gezeigt. Wie in der Figur illustriert wurde die Welligkeit der ersten Schicht 76 durch die nachfolgend vollflächig aufgebrachten Schichten eingeebnet, während die oberste Schicht 82 der Grundplatte 80 herstellungsbedingt eine relativ große Oberflächenwelligkeit 78 aufweist.After the first layer has solidified 76 becomes the countertop 62 gradually lowered and further granulate or powder layers applied and solidified around the base plate 80 of the watermark insert 20th finish as in 3 (c) shown. As illustrated in the figure, the first layer was wavy 76 leveled by the subsequent full-surface applied layers, while the top layer 82 the base plate 80 A relatively large surface waviness due to the manufacturing process 78 having.

Zur Erzeugung der Reliefstruktur des hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenreliefs wird die Arbeitsplatte 62 dann weiter abgesenkt und das Relief mit den von der Rechnereinheit gelieferten 3D-Daten in der gewünschten Form stufenweise auf der Grundplatte 80 aufgebaut, bis schließlich der vollständige Reliefeinsatzrohling 84 aufgebaut ist, wie in 3(d) dargestellt. Es versteht sich, dass das Wasserzeichenrelief 54 des Rohlings in der Praxis in der Regel wesentlich komplexer ist als die schematische Darstellung der 3(d) erkennen lässt. Das Wasserzeichenrelief kann neben den hochauflösenden, fein abgestuften Reliefbereichen auch binäre Reliefbereiche mit großen Höhenunterschieden enthalten, die Elektrotypen nachbilden. Solche binäre Bereiche sind wegen ihres großen Kontrasts vor allem zur Erzeugung von Zeichenfolgen und insbesondere Wertzahlen, etwa der Denomination einer Banknote im Wasserzeichen, besonders gut geeignet.To generate the relief structure of the high-resolution, multi-level watermark relief, the worktop 62 then further lowered and the relief with the 3D data supplied by the computer unit in the desired form on the base plate in stages 80 built up until finally the complete relief insert blank 84 is structured as in 3 (d) shown. It is understood that the watermark relief 54 of the blank is generally much more complex in practice than the schematic representation of the 3 (d) reveals. In addition to the high-resolution, finely graduated relief areas, the watermark relief can also contain binary relief areas with large differences in height which reproduce electrotypes. Because of their great contrast, such binary areas are particularly well suited for generating character strings and in particular numerical values, for example the denomination of a bank note in the watermark.

Wie in 3(d) illustriert, ist die Oberfläche des Reliefeinsatzrohlings 84 nach seiner Fertigstellung typischerweise mit nicht verschmolzenem Aufbaumaterial 86 eingedeckt. Auch weist jeweils die oberste Schicht jeder Stufe die bereits angesprochene, relativ große Oberflächenwelligkeit 78 auf. Aus 3(d) ist auch ersichtlich, dass die Stufenhöhe nicht mit der Schichthöhe zusammenfallen muss, da Stufen auch durch eine Abfolge mehrerer Schichten gebildet sein können. Bei der genannten Schichthöhe der verfestigten Pulverschichten von 20 µm weisen die Stufen des Wasserzeichenreliefs 54 eine minimale Stufenhöhe von 20 µm auf, so dass sehr feine Helligkeitsabstufungen im Wasserzeichen möglich sind.As in 3 (d) illustrated is the surface of the relief insert blank 84 after its completion, typically with non-fused building material 86 covered. The top layer of each step also has the already mentioned, relatively large surface waviness 78 on. Out 3 (d) it can also be seen that the step height does not have to coincide with the layer height, since steps can also be formed by a sequence of several layers. At the mentioned layer height of the solidified powder layers of 20 μm, the steps show the watermark relief 54 a minimum step height of 20 µm, so that very fine gradations of brightness are possible in the watermark.

Um den Reliefeinsatzrohling 84 in der 3D-Druckvorrichtung 60 weiterverarbeiten zu können, wird der Rohling 84 der 3D-Druckvorrichtung 60 entnommen und der Bearbeitungsraum 64 der 3D-Druckvorrichtung und der Rohling 84 werden gereinigt. Anschließend wird der gereinigte Reliefeinsatzrohling 84 wieder in die gereinigte 3D-Druckvorrichtung 60 eingesetzt, wie in 3(e) dargestellt. Das positionstreue Einsetzen des Reliefeinsatzrohlings 84 ist mit den Passstiften 68 praktisch ohne Positionstoleranzen möglich.Around the relief insert blank 84 To be able to process it further in the 3D printing device 60, the blank 84 taken from the 3D printing device 60 and the processing room 64 the 3D printing device and the blank 84 are cleaned. Then the cleaned relief insert blank 84 reinserted into the cleaned 3D printing device 60 as shown in FIG 3 (e) shown. The accurate positioning of the relief insert blank 84 is with the dowel pins 68 practically possible without position tolerances.

Um die Oberfläche des Rohlings 84 zu glätten, wird die Arbeitsplatte 62 mit dem Rohling dann in eine Position verfahren, in der die Oberfläche der ersten zu glättenden Schicht in der Bearbeitungsebene 90, beispielsweise der Fokusebene des Bearbeitungslasers liegt (3(e)). Bei dem beschriebenen Aufbau stellt die erste zu glättende Schicht die oberste Schicht 82 der Grundplatte 80 des Rohlings 84 dar.Around the surface of the blank 84 to smooth out the countertop 62 then move the blank to a position in which the surface of the first layer to be smoothed is in the working plane 90 , for example the focal plane of the processing laser is ( 3 (e) ). In the structure described, the first layer to be smoothed is the top layer 82 the base plate 80 of the blank 84 represent.

Von der Schicht 82 sollen nun gerade die freiliegende Oberflächenbereiche 92 geglättet werden, also diejenigen Oberflächenbereiche 92, auf denen keine weitere Schicht aufgebaut wurde. Die benötigten Informationen über Form und Lage dieser Oberflächenbereiche 92 liegen in dem in der Rechnereinheit gespeicherten Datensatz vor. Auf Grundlage dieser 3D-Daten können daher gezielt nur die freiliegenden Oberflächenbereiche 92 der ersten Schicht 82 mit der fokussierten Laserstrahlung 94 beaufschlagt und dabei umschmelzpoliert werden. Wie weiter oben bereits erläutert, wird dabei kein Material abgetragen, sondern die wellige Oberfläche 78 wird zusammen mit eventuell anhaftenden Partikeln durch die einfallende Laserenergie aufgeschmolzen und diese Unebenheiten in die Oberfläche der Schicht 82 integriert. Auch wird die Oberflächenflächenspannung der Schicht reduziert indem randnahe Schichtbereiche vollständig aufgeschmolzen werden. 3(f) zeigt schematisch den Zustand des Rohlings 84 nach dem Umschmelzpolieren der ersten Schicht 82 mit nunmehr geglätteten Oberflächenbereichen 92.From the shift 82 are now just the exposed surface areas 92 are smoothed, i.e. those surface areas 92 on which no further layer was built. The required information about the shape and location of these surface areas 92 are available in the data record stored in the computer unit. On the basis of this 3D data, only the exposed surface areas can therefore be targeted 92 the first layer 82 with the focused laser radiation 94 applied and reflow polished in the process. As already explained above, no material is removed, but the wavy surface 78 is melted together with any adhering particles by the incident laser energy and these unevenness into the surface of the layer 82 integrated. The surface tension of the layer is also reduced in that layer areas close to the edge are completely melted. 3 (f) shows schematically the state of the blank 84 after remelting the first layer 82 with now smoothed surface areas 92 .

Die Arbeitsplatte 62 mit dem Rohling 84 wird dann in eine Position verfahren, in der die Oberfläche der zweiten zu glättenden Schicht in der Bearbeitungsebene 90 liegt. Dem gespeicherten Datensatz werden Form und Lage derjenigen Oberflächenbereiche 96 der zweiten Schicht entnommen, auf denen keine weitere Schicht aufgebaut wurde und die ermittelten Oberflächenbereiche 96 der zweiten Schicht werden mit der fokussierten Laserstrahlung 94 umschmelzpoliert. 3(g) zeigt schematisch den Zustand des Rohlings 84 nach dem Umschmelzpolieren der ersten und zweiten Schicht mit nunmehr geglätteten Oberflächenbereichen 92, 96.The countertop 62 with the blank 84 is then moved to a position in which the surface of the second layer to be smoothed is in the working plane 90 lies. The stored data record is given the shape and position of those surface areas 96 taken from the second layer on which no further layer was built up and the surface areas determined 96 the second layer will be with the focused laser radiation 94 Refelt polished. 3 (g) shows schematically the state of the blank 84 after remelt polishing of the first and second layers with now smoothed surface areas 92 , 96 .

Diese Vorgehensweise wird Stufe für Stufe fortgesetzt, bis in allen Stufen die freiliegenden Oberflächenbereiche des Wasserzeichenreliefs 54 geglättet sind, wie in 3(h) gezeigt. Der fertige, umschmelzpolierte Reliefeinsatz 40 wird dann der 3D-Vorrichtung 60 entnommen und schließlich dem Reliefwerkzeug 50 der 2 eingesetzt. Beim Aufbau des Reliefeinsatzes 40 können dabei bereits alle für die Montage im Reliefwerkzeug 50 erforderlichen Bohrungen und Passerungen mit aufgebaut werden. Wie erwähnt, kann alternativ auch das gesamte Reliefwerkzeug 50 im 3D-Druck erzeugt werden.This procedure is continued step by step until the exposed surface areas of the watermark relief in all steps 54 are smoothed, as in 3 (h) shown. The finished, remelt-polished relief insert 40 is then removed from the 3-D device 60 and finally from the relief tool 50 the 2 used. When building the relief insert 40 can already be used for assembly in the relief tool 50 necessary holes and passages are built up with. As mentioned, the entire relief tool can alternatively 50 can be generated in 3D printing.

Die beim Umschmelzpolieren verwendete Bearbeitungsebene 90 muss nicht zwingend die Fokusebene der Laserstrahlung sein. Es kann sich in manchen Ausgestaltung auch empfehlen, das Umschmelzpolieren etwas außerhalb der Fokusebene durchzuführen. Die zu glättenden Schichten werden dann jeweils in diese, etwas außerhalb der Fokusebene liegende Bearbeitungsebene 90 verfahren.The working plane used in remelt polishing 90 does not necessarily have to be the focal plane of the laser radiation. In some configurations, it may also be advisable to carry out the remelt polishing somewhat outside the focal plane. The layers to be smoothed are then each placed in this processing plane, which is slightly outside the focal plane 90 proceed.

Als Bearbeitungslaser für das Umschmelzpolieren wird mit Vorteil dasselbe Lasersystem eingesetzt, das auch für die selektive Verfestigung der Materialschichten beim Aufbau des Rohlings verwendet wird, so dass keine zusätzliche Laserquelle erforderlich ist. Auch ein Datentransfer oder eine Anpassung von Positionsdaten ist für das Umschmelzpolieren nicht erforderlich, da der Laserpolierschritt positionstreu in der Aufbauvorrichtung durchgeführt wird, so dass der dort bereits vorliegende 3D-Datensatz für die Steuerung des Polierschritts verwendet werden kann.The processing laser used for remelt polishing is advantageously the same as that used for the selective solidification of the material layers when building up the blank, so that no additional laser source is required. A data transfer or an adaptation of position data is also not required for remelt polishing, since the laser polishing step is carried out accurately in position in the assembly device, so that the 3D data set already available there can be used to control the polishing step.

4 zeigt schematisch eine Vorrichtung 100 zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs der beschriebenen Art. Die Vorrichtung 100 enthält eine 3D-Druckvorrichtung 60 mit einer verfahrbaren Arbeitsplatte 62 und einem Bearbeitungslaser 102. Derselbe Bearbeitungslaser 102 wird sowohl für das Aufschmelzen des Aufbaumaterials beim schichtweisen Aufbau und Verfestigen des Rohlings verwendet, als auch für das Umschmelzpolieren der Oberflächenunebenheiten des aufgebauten Rohlings. 4th shows schematically an apparatus 100 for making a watermarking tool of the type described. The device 100 includes a 3D printing device 60 with a movable worktop 62 and a machining laser 102 . The same processing laser 102 is used both for melting the build-up material when building up and solidifying the blank in layers, as well as for remelting the surface unevenness of the built-up blank.

Zur Steuerung der verfahrbaren Arbeitsplatte 62 und des Bearbeitungslasers 102 im Rahmen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens enthält die Vorrichtung 100 eine Recheneinheit 104. Diese steuert die Arbeitsplatte 62 und den Bearbeitungslaser 102 auf Grundlage eines Datensatzes in Form einer Baudatei 106, die von der gewünschten Form des hochauflösenden Spritzgussreliefs des Wasserzeicheneinsatzes 20 abgeleitet wurde. Die Baudatei 106 wird dabei zweifach genutzt, nämlich zunächst zum schichtweisen additiven Aufbau des Werkzeugrohlings und nachfolgend zum stufenweisen Umschmelzpolieren des Werkzeugrohlings zur Glättung der herstellungsbedingten Oberflächenfehler.For controlling the movable worktop 62 and the machining laser 102 in the context of the manufacturing process according to the invention, the device contains 100 an arithmetic unit 104 . This controls the worktop 62 and the machining laser 102 based on a data record in the form of a construction file 106 that depend on the desired shape of the high-resolution injection molded relief of the watermark insert 20th was derived. The build file 106 is used twice, namely first for the layer-wise additive build-up of the tool blank and then for the step-by-step remelt polishing of the tool blank to smooth the surface defects caused by the manufacturing process.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010

EntwässerungssiebDrainage screen

1212

SiebgewebeScreen mesh

1414th

AussparungRecess

2020th

WasserzeichensatzWatermark set

2222nd

SpritzgussreliefInjection molding relief

2424

PerforationenPerforations

3030th

SpritzgusswerkzeugInjection molding tool

3232

DüsenwerkzeugNozzle tool

3636

DüsenwerkzeugkavitätNozzle mold cavity

4040

ReliefeinsatzRelief insert

4242

MaterialschichtenLayers of material

5050

ReliefwerkzeugRelief tool

5454

WasserzeichenreliefWatermark relief

5656

SpitzgusskavitätInjection molding cavity

6060

3D-Druckvorrichtung3D printing device

6262

ArbeitsplatteCountertop

6464

BearbeitungsraumMachining room

6666

BauplattformBuild platform

6868

PassstifteDowel pins

7070

PulverschichtPowder layer

7272

Bereich AbmessungenDimensions area

7474

LaserbeaufschlagungLaser exposure

7676

verfestigte Materialschichtsolidified layer of material

7878

OberflächenwelligkeitSurface waviness

8080

GrundplatteBase plate

8282

oberste Schicht der Grundplattetop layer of the base plate

8484

ReliefeinsatzrohlingsRelief insert blank

8686

nicht verschmolzenes Aufbaumaterialnon-fused building material

9090

BearbeitungsebeneMachining plane

9292

freiliegende Oberflächenbereiche in erster Schichtexposed surface areas in first layer

9494

LaserstrahlungLaser radiation

9696

freiliegende Oberflächenbereiche in zweiter Schichtexposed surface areas in the second layer

100100

Vorrichtungcontraption

102102

BearbeitungslaserMachining laser

104104

RecheneinheitArithmetic unit

106106

BaudateiBuild file

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

• EP 2954998 A1 [0003]EP 2954998 A1 [0003]

Claims (15)

Verfahren zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs mit einer Spritzgusskavität, die mit einem hochauflösendes, mehrstufiges Wasserzeichenrelief versehen ist und in die zur Erzeugung eines Wasserzeichensatzes Kunststoff einspritzbar ist, wobei bei dem Verfahren V) ein gewünschtes hochauflösendes, mehrstufiges Spritzgussrelief für den Wasserzeichensatz vorgegeben wird, B) aus dem vorgegebenen Spritzgussrelief ein zugehöriges hochauflösendes, mehrstufiges Wasserzeichenrelief zur Erzeugung des vorgegebenen Spritzgussreliefs bestimmt wird, E) in einer 3D-Druckvorrichtung durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials ein Werkzeugrohling mit dem in Schritt B) bestimmten Wasserzeichenrelief erzeugt wird, G) der Werkzeugrohling nach Schritt E) in derselben 3D-Druckvorrichtung positionstreu angeordnet durch Laserbeaufschlagung poliert wird, um das erzeugte Wasserzeichenrelief zu glätten, und W) der polierte Werkzeugrohling zu einem Wasserzeichen-Werkzeug weiterverarbeitet wird, wobei das in Schritt G) geglättete Wasserzeichenrelief das hochauflösende, mehrstufige Wasserzeichenrelief der Spritzgusskavität des Wasserzeichen-Werkzeugs bildet.A method for producing a watermark tool with an injection molding cavity which is provided with a high-resolution, multi-level watermark relief and into which plastic can be injected to produce a watermark set, wherein in the method V) a desired high-resolution, multi-level injection molding relief is specified for the watermark set, B) an associated high-resolution, multi-level watermark relief for generating the specified injection molding relief is determined from the given injection molding relief, E) a tool blank with the watermark relief determined in step B) is produced in a 3D printing device by applying and selectively solidifying a build-up material in layers, G) the tool blank after step E) is arranged in the same 3D printing device in a true-to-position manner and is polished by exposure to a laser in order to smooth the watermark relief produced, and W) the polished tool blank is further processed into a watermark tool, the watermark relief smoothed in step G) forming the high-resolution, multi-level watermark relief of the injection molding cavity of the watermark tool. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Werkzeugrohling im Schritt G) entsprechend den in Schritt B) bestimmten Stufen des Wasserzeichenreliefs stufenweise geglättet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the tool blank produced is smoothed in steps in step G) according to the steps of the watermark relief determined in step B). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Stufe jeweils nur diejenigen Oberflächenbereiche des Wasserzeichenreliefs geglättet werden, auf denen in Schritt E) keine weitere Schicht aufgebaut wurde.Procedure according to Claim 2 , characterized in that in each stage only those surface areas of the watermark relief are smoothed on which no further layer was built up in step E). Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Werkzeugrohling im Schritt G) durch Laserumschmelzpolieren geglättet wird.Method according to at least one of the Claims 1 to 3 , characterized in that the tool blank produced is smoothed in step G) by laser reflow polishing. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erzeugte Werkzeugrohling im Schritt G) in zwei oder mehr Polierschritten, die mit unterschiedlichen Laserparametern durchgeführt werden, geglättet wird.Procedure according to Claim 4 , characterized in that the tool blank produced is smoothed in step G) in two or more polishing steps which are carried out with different laser parameters. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Polierschritt mit Dauerstrich-Laserstrahlung und ein Polierschritt mit gepulster Laserstrahlung durchgeführt wird.Procedure according to Claim 5 , characterized in that a polishing step with continuous wave laser radiation and a polishing step with pulsed laser radiation are carried out. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugrohling in Schritt E) auf einer verfahrbaren Arbeitsplatte erzeugt wird, und der erzeugte Werkzeugrohling im Schritt G) auf der verfahrbaren Arbeitsplatte für die Glättung der verschiedenen Stufen des Wasserzeichenreliefs in unterschiedliche Höhen verfahren wird.Method according to at least one of the Claims 1 to 6th , characterized in that the tool blank is produced in step E) on a movable worktop, and the tool blank generated in step G) is moved to different heights on the movable worktop for smoothing the various levels of the watermark relief. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugrohling zwischen den Schritten E) und G) in einem Schritt E2) der 3D-Druckvorrichtung entnommen wird, die 3D-Druckvorrichtung und vorzugsweise auch der Werkzeugrohling gereinigt wird, und der Werkzeugrohling dann positionsgenau wieder in die 3D-Druckvorrichtung eingesetzt wird.Method according to at least one of the Claims 1 to 7th , characterized in that the tool blank is removed from the 3D printing device in a step E2) between steps E) and G), the 3D printing device and preferably also the tool blank is cleaned, and the tool blank is then returned to the 3D printing device in a precisely positioned manner is used. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugrohling in Schritt E) auf einer über Passstifte auf der verfahrbaren Arbeitsplatte positionierten Bauplattform erzeugt wird und in Schritt E2) der Werkzeugrohling mit der Bauplattform der 3D-Druckvorrichtung entnommen wird und die Bauplattform mit dem Werkzeugrohling nach der genannten Reinigung über die Passstifte positionsgenau wieder auf der verfahrbaren Arbeitsplatte eingesetzt wird.Procedure according to Claim 8 , characterized in that the tool blank is generated in step E) on a construction platform positioned on the movable worktop via locating pins and in step E2) the tool blank with the construction platform is removed from the 3D printing device and the construction platform with the tool blank is transferred over after said cleaning the dowel pins are reinserted in the exact position on the movable worktop. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt E) ein insbesondere pulverförmiges Aufbaumaterial schichtweise aufgebracht und durch Laserbeaufschlagung selektiv verfestigt wird.Method according to at least one of the Claims 1 to 9 , characterized in that in step E) a building material, in particular in powder form, is applied in layers and selectively solidified by applying a laser. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die selektive Verfestigung in Schritt E) und das Laserumschmelzpolieren in Schritt G) mit demselben Lasersystem durchgeführt werden.Procedure according to Claim 10 , characterized in that the selective solidification in step E) and the laser reflow polishing in step G) are carried out with the same laser system. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B) ein das hochauflösende, mehrstufige Wasserzeichenrelief beschreibender Datensatz erzeugt wird, und mit diesem Datensatz sowohl der schichtweise Aufbau des Werkzeugrohlings in Schritt E), also auch das Polieren, insbesondere das stufenweise Glätten des Wasserzeichenreliefs in Schritt G) gesteuert wird.Method according to at least one of the Claims 1 to 11 , characterized in that in step B) a data set describing the high-resolution, multi-level watermark relief is generated, and with this data set both the layered structure of the tool blank in step E), as well as the polishing, in particular the gradual smoothing of the watermark relief in step G) is controlled. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt B) das vorgegebene Spritzgussrelief invertiert wird und vorzugsweise zudem senkrechte Strukturen im Spritzgussrelief durch leicht geneigte Strukturen im Wasserzeichenrelief ersetzt werden, wobei die leicht geneigten Strukturen mit einem Neigungswinkel zwischen 0,5° und 4°, vorzugsweise zwischen 1,5° und 3°, gegen die Senkrechte versehen werden.Method according to at least one of the Claims 1 to 12 , characterized in that in step B) the specified injection molding relief is inverted and preferably also vertical structures in the injection molding relief are replaced by slightly inclined structures in the watermark relief, the slightly inclined structures with an inclination angle between 0.5 ° and 4 °, preferably between 1 , 5 ° and 3 °, against the vertical. Vorrichtung zum Herstellen eines Wasserzeichen-Werkzeugs mit einer Spritzgusskavität, die mit einem hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief versehen ist, mit - einer höhenverfahrbaren Arbeitsplatte und einer lösbar aber positionstreu mit der höhenverfahrbaren Arbeitsplatte verbundenen Grundplatte, auf der ein Werkzeugrohling mit einem hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief durch schichtweises Aufbringen und selektives Verfestigen eines Aufbaumaterials aufgebaut wird, - eine Bestrahleinrichtung zum selektiven Bestrahlen des Aufbaumaterials, - einer Steuereinrichtung, die ausgelegt ist um -- einerseits die höhenverfahrbare Arbeitsplatte und die Bestrahleinrichtung zum Aufbau des Werkzeugrohlings mit dem hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief zu steuern, und -- andererseits die höhenverfahrbare Arbeitsplatte und die Bestrahleinrichtung zum Polieren des aufgebauten Werkzeugrohlings und zum Glätten des hochauflösenden, mehrstufigen Wasserzeichenrelief zu steuern.Apparatus for producing a watermark tool with an injection molding cavity which is provided with a high-resolution, multi-level watermark relief, with - a height-adjustable worktop and a base plate that is detachably but accurately positioned with the height-adjustable worktop, on which a tool blank with a high-resolution, multi-level watermark relief is built up by applying a build-up material in layers and selectively solidifying it, - an irradiation device for the selective irradiation of the building material, - a control device which is designed to - on the one hand, control the height-adjustable work surface and the irradiation device for building the tool blank with the high-resolution, multi-level watermark relief, and - on the other hand, the height-adjustable work surface and the irradiation device for polishing the built-up Control tool blank and for smoothing the high-resolution, multi-level watermark relief. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestrahleinrichtung eine Lasereinrichtung ist.Device according to Claim 14 , characterized in that the irradiation device is a laser device.

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