Ausgangssituation
In einem vorangegangenen Forschungsprojekt konnte nachgewiesen werden, dass die Ultraschalltechnologie vielversprechende Ansätze zur Unterstützung von Lederprägeprozessen ohne vorherige Erwärmung der Prägewerkzeuge bietet. Es wurde dort festgestellt, dass mit Ultraschallunterstützung der statische Prägedruck deutlich reduziert und damit materialschonender geprägt werden kann. Das ist besonders für empfindliche Leder von Bedeutung. Es wurde auch erkannt, dass mit gleichem Prägedruck mit zusätzlicher Wirkung des Ultraschalls tiefere Prägungen in einem Leder erreicht werden als ohne Ultraschallunterstützung. Das ist für die Verarbeitung bisher schwer prägbarer Leder relevant.
Auch die Eignung von Kunststoffen als Stempelmaterialien wurde in dem vorangegangenen Projekt nachgewiesen. Eine effiziente Herstellung von Prägestempeln aus Kunststoffen ist mit Hilfe additiver Fertigungsmethoden möglich.
Projektziel
Im Rahmen dieses Forschungsprojekts erfolgte einerseits die Untersetzung der bisherigen Ergebnisse sowie die Übertragung der gewonnenen Erkenntnisse in eine Demonstrationsanlage zum Ultraschallprägen von Leder. Im Fokus des FILK standen dabei die Abstimmung der maschinentechnischen Prägeparameter (Prägekraft, Ultraschalldauer und Ultraschallamplitude) auf das Prägegut Leder und die Gestaltung von Prägewerkzeugen.
Lösungsweg
Der Lederprägeprozess mit Ultraschallunterstützung zielt darauf ab, die Effizienz und Präzision des Prägeprozesses zu steigern, indem Ultraschallvibrationen die Materialerwärmung und -verformung bewirken und somit die Erfordernisse hoher Prozesskräfte und Werkzeugtemperaturen reduzieren.
Wichtiger Bestandteil des Projektes war die Ermittlung des Zusammenhangs zwischen Lederqualität und erforderlichen Prägeparametern.
Zudem wurde im Projekt die Verwendbarkeit (mögliche Strukturauflösung beim Prägen, Standzeit der Stempel bei Prägewiederholungen) additiv gefertigter Kunststoffwerkzeuge untersucht, die mittels 3D-Drucktechnologien hergestellt wurden.
Ergebnisse
Es entstand eine umfangreiche Datenbasis, die Aussagen zu den erforderlichen, aber auch zu den maximal zulässigen Prägekräften und Ultraschallintensitäten in Abhängigkeit vom zu prägenden Leder ermöglicht. Mit Hilfe der Stereolithografie lassen sich sehr hoch aufgelöste Muster, Strukturen, Bilder als Prägestempel aus Kunststoff umsetzen. Bei der Gestaltung des Prägestempels gilt es bezüglich der Materialdicken, der Auflösung des Motivs, der Linienstärken und -abstände einige Besonderheiten zu beachten. Unter dieser Voraussetzung entstehen im Leder Prägungen mit einer hohen Auflösung und Abformgenauigkeit und die Stempel halten den mechanischen Anforderungen beim Prägen von Kleinserien stand. Mit dem Einsatz preiswerter Prägewerkzeuge aus Kunststoffen kann eine hohe Flexibilität und Wirtschaftlichkeit des Lederprägeprozesses erreicht werden, indem schnelle Musterwechsel und kundenspezifische Anpassungen kosteneffizient realisiert werden können.
In Zusammenarbeit der Projektpartner wurde ein Demonstrator einer Prägevorrichtung entwickelt, mit der sich Lederzuschnitte und Lederartikel mittels 3D-gedruckter Kunststoffstempel im Ultraschallfeld prägen lassen. Darüber hinaus wurde ein Prozess entwickelt, der es ermöglicht, Bilder, Logos oder Schriften in 3D-druckbare Datenfiles und Werkzeuge umzusetzen, wodurch die Herstellung von kundenspezifischen und detailreichen Prägewerkzeugen erleichtert und somit die Anpassung an individuelle Kundenwünsche und kleine Produktionsserien wirtschaftlich rentabel gestaltet werden kann. Gerade für die nachträgliche Individualisierung von Lederzuschnitten oder Ledererzeugnissen bietet sich damit die Chance der schier unendlichen Motivvielfalt und ein breites Anwendungsfeld auf dem Markt der Automobilleder, Sattlereierzeugnisse, Accessoirs und Schuherzeugnisse. Das Prägeverfahren ist unter Berücksichtigung der Ledereigenschaften und der Einstellung der passenden Prägeparameter für nahezu alle Ledertypen anwendbar.
Dank
Das Kooperationsprojekt KK5332106JN2 wurde über die AiF Projekt GmbH im Rahmen des Programms „Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM)“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert. Wir bedanken uns für die gewährte Unterstützung.
Wir bedanken uns bei unseren Projektpartnern (TU Dresden, Institut für Naturstofftechnik, Professur Verarbeitungsmaschinen /-technik, Umetec Gerätebau GmbH, Dresden und MS Ultraschall Technologie GmbH, Spaichingen) für die engagierte Zusammenarbeit.
