Schlüsselwort: Simulation prozessinduzierter Eigenspannungen

Mikrostrukturierte Bauteiloberfl ächen weisen aufgrund ihrer Oberflächenstruktur funktionale Eigenschaften auf, die über die jeweiligen Materialeigenschaften des Bauteils hinausgehen. Die Abmessungen der Strukturen liegen dabei in mindestens zwei der drei Raumrichtungen im Mikrometerbereich. Die Erzeugung großer mikrostrukturierter Oberfl ächen stellt eine große Herausforderung dar. Insbesondere der Temperaturführung während des Abformprozesses kommt eine entscheidende Bedeutung zu. Durch eine variotherme Prozessführung kann die Abformgüte deutlich erhöht und zugleich die Prozesszeit reduziert werden. Damit geht jedoch durch die zusätzlichen „Stellschrauben“ in der Prozesskette und Wechselbeziehungen zwischen einzelnen Prozessparametern eine Steigerung der Prozesskomplexität einher. In dieser Arbeit, die im Rahmen des Exzellenzclusters „Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer“ an der RWTH Aachen entstand, wird der Extrusionsprägeprozess zur Herstellung mikrostrukturierter Kunststofffolien näher untersucht. Zur gezielten Beeinflussung der Temperaturführung auf der Prägewalzenoberfl äche werden ein induktives und ein Laser-basiertes System zur variothermen Temperierung entwickelt und erprobt. Ziel ist es, die Abformgüte der so replizierten Mikrostrukturen zu verbessern. Die thermischen Vorgänge bei der variothermen Walzentemperierung werden simulativ und experimentell untersucht. Aufbauend auf den mittels numerischer Simulationen ermittelten Daten wird ein analytisches Näherungsmodell aufgestellt, mit dem bei geringem Rechenaufwand der Verlauf der Oberfl ächentemperatur über dem Walzenumfang quantitativ ermittelt werden kann. In den Versuchen erweist sich die Laser-basierte variotherme Walzentemperierung gegenüber der induktiven als effektiver, da bei gleicher Heizleistung höhere Temperaturamplituden bei gleichzeitig niedrigerer mittlerer Oberflächentemperatur erzielt werden. Weiterhin wird der Einfl uss der variothermen Temperierung auf die Abformung von Mikrostrukturen im Extrusionsprägeprozess untersucht. In vielen Versuchspunkten zeigt sich eine deutliche Verbesserung der Mikrostrukturabformung durch die variotherme Temperierung. Insgesamt wird gezeigt, dass der Extrusionsprägeprozess sowohl mit induktiver als auch mit Laser-basierter variothermer Walzentemperierung geeignet ist, unter Laborbedingungen mikrostrukturierte Kunststofffolien in einem einstufigen Verfahren herzustellen.