In dieser Arbeit werden Ergebnisse der Untersuchungen zur Laserstrukturierung von Prägewerkezeugen sowie zur Abformung von Gitterstrukturen mit Gitterperioden von kleiner gleich 2 µm in verschiedene Folien und Werkstoffverbunde präsentiert und diskutiert. Die hierfür entwickelte Kombination von Laserprozessen wird erläutert. Des Weiteren sind die auf Basis der experimentellen Untersuchungen ermittelten Parameterräume aufgezeigt und in Bezug zu theoretischen Beschreibungsmodellen gesetzt. Limitationen und Potentiale der einzelnen Teilprozesse werden dargelegt. Unter Anwendung der beschriebenen Strukturierungs- und Prozessparameter ist die Erstellung funktional einsetzbarer Prägewerkzeuge möglich. Für die Strukturübertragung konnte die Abformbarkeit der in die Oberflächen der Prägewerkzeuge eingebrachten beugungsoptisch wirksamen Gitterstrukturen mit Gitterperioden von kleiner gleich 2 µm bei Kontaktzeiten im Millisekundenbereich nachgewiesen werden.

Ziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung neuartiger Prägeformkonzepte hinsichtlich ihres Prägeverhaltens. Die Konzepte weisen lokal unterschiedliche Materialeigenschaften auf, die zu einer verbesserten Ausprägung von Karton führen sollen. Die Konzepte sollen anhand der Prägeergebnisse und der Abformgenauigkeit evaluiert werden. Dabei ist ein weiteres Ziel der Arbeit, Methoden zur Quantifizierung der Abformgenauigkeit zu finden. Die Herstellung der Konzepte erfolgt mithilfe eines additiven Fertigungssystems, welches mehrere Materialien in einem Bauvorgang verarbeiten kann. Zur Datengewinnung werden Oberflächenscans der geprägten Kartonproben und Werkzeuge durchgeführt. Auf Grundlage dieser Scans werden drei Methoden zur Ermittlung der Abformgenauigkeit vorgeschlagen. Abschließend werden die Werkzeuge anhand der Prägeergebnisse und der ermittelten Abformgenauigkeit bewertet. Weiterhin werden die vorgeschlagenen Methoden miteinander verglichen und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Dies gibt Auskunft darüber, unter welchen Bedingungen der Einsatz welcher Methode sinnvoll erscheint.:1. Einleitung 2. Theoretische Grundlagen 2.1 Umformprozesse 2.1.1 Prägen von Faserwerkstoffen 2.1.2 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Blechen 2.1.2.1 Tiefenziehen 2.1.2.2 Tiefen 2.1.3 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Karton 2.1.3.1 Ziehen und Pressformen 2.1.3.2 Hydroformen 2.2 Multi-Material-Verarbeitung in der additiven Fertigung 2.2.1 Materialextrusion 2.2.2 Badbasierte Photopolymerisation 2.2.3 Material Jetting 2.2.4 Pulverbettbasiertes Schmelzen 2.2.5 Workflow und Datenvorbereitung 2.3.6 Geeignete Dateiformate 2.3 Soll-Ist-Vergleich von 2.5D-Oberflächendaten 2.3.1 Berechnung von Flächeninhalten und Volumen 2.3.2 Registrierung und Abstandsberechnung von Punktwolken 3. Versuche und Messungen 3.1 Herstellung der Prägeformkonzepte 3.1.1 Beschreibung der Konzepte 3.1.2 Fertigungstechnologie und Materialwahl 3.1.3 Datenvorbereitung für die Polyjet-Fertigung 3.2 Prägeversuche und Datenverarbeitung 3.2.1 Prägeversuche 3.2.2 Oberflächenscan am Keyence 3D-Makroskop 3.3 Ermittlung der Abformgenauigkeit 3.3.1 Flächen- und Volumenberechnung in MatLab & CloudCompare 3.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4. Ergebnisse und Diskussion 4.1 Betrachtung der Prägewerkzeuge 4.2 Betrachtung der Kartonprägungen 4.2.1 Prägeergebnisse nach Flächeninhalt der Profilschnitte 4.2.2 Einfluss der Faserlaufrichtung auf Kartonprägungen 4.2.3 Prägeergebnisse nach Volumen der Punktwolken 4.3 Betrachtung der Abformgenauigkeit 4.3.1 Abformgenauigkeit nach Flächeninhalt & Volumen 4.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4.4 Bewertung der Methoden zur Ermittlung der Abformgenauigkeit 4.5 Beurteilung des Bedienereinflusses bei der Datenverarbeitung am Keyence 5. Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattliche Erklärung / The aim of this master thesis is to investigate novel embossing die concepts with regard to their embossing behavior. The concepts have locally different material properties, which should lead to an improved embossing of cardboard. The concepts are to be evaluated on the basis of the embossing results and the impression accuracy. A further aim of the work is to find methods for quantifying the impression accuracy. The concepts will be manufactured using an additive manufacturing system that can process multiple materials in a single build process. Surface scans of the embossed cardboard samples and tools are performed to obtain data. Based on these scans, three methods are proposed to determine the impression accuracy. Finally, the tools are evaluated based on the embossing results and the determined impression accuracy. Furthermore, the proposed methods are compared with each other and their advantages and disadvantages are discussed. This provides information on the conditions under which the use of which method appears to be sensible.:1. Einleitung 2. Theoretische Grundlagen 2.1 Umformprozesse 2.1.1 Prägen von Faserwerkstoffen 2.1.2 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Blechen 2.1.2.1 Tiefenziehen 2.1.2.2 Tiefen 2.1.3 Einsatz von Niederhaltern beim Umformen von Karton 2.1.3.1 Ziehen und Pressformen 2.1.3.2 Hydroformen 2.2 Multi-Material-Verarbeitung in der additiven Fertigung 2.2.1 Materialextrusion 2.2.2 Badbasierte Photopolymerisation 2.2.3 Material Jetting 2.2.4 Pulverbettbasiertes Schmelzen 2.2.5 Workflow und Datenvorbereitung 2.3.6 Geeignete Dateiformate 2.3 Soll-Ist-Vergleich von 2.5D-Oberflächendaten 2.3.1 Berechnung von Flächeninhalten und Volumen 2.3.2 Registrierung und Abstandsberechnung von Punktwolken 3. Versuche und Messungen 3.1 Herstellung der Prägeformkonzepte 3.1.1 Beschreibung der Konzepte 3.1.2 Fertigungstechnologie und Materialwahl 3.1.3 Datenvorbereitung für die Polyjet-Fertigung 3.2 Prägeversuche und Datenverarbeitung 3.2.1 Prägeversuche 3.2.2 Oberflächenscan am Keyence 3D-Makroskop 3.3 Ermittlung der Abformgenauigkeit 3.3.1 Flächen- und Volumenberechnung in MatLab & CloudCompare 3.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4. Ergebnisse und Diskussion 4.1 Betrachtung der Prägewerkzeuge 4.2 Betrachtung der Kartonprägungen 4.2.1 Prägeergebnisse nach Flächeninhalt der Profilschnitte 4.2.2 Einfluss der Faserlaufrichtung auf Kartonprägungen 4.2.3 Prägeergebnisse nach Volumen der Punktwolken 4.3 Betrachtung der Abformgenauigkeit 4.3.1 Abformgenauigkeit nach Flächeninhalt & Volumen 4.3.2 Abformgenauigkeit nach ICP-Algorithmus & Abstandsberechnung 4.4 Bewertung der Methoden zur Ermittlung der Abformgenauigkeit 4.5 Beurteilung des Bedienereinflusses bei der Datenverarbeitung am Keyence 5. Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis Eidesstattliche Erklärung