Entwicklung eines Verfahrens für die Auslegung von Drucktampons mit FEM-Simulation zur Digitalisierung der Drucktamponherstellung

Al Aboud, Ahmad (2023)
Entwicklung eines Verfahrens für die Auslegung von Drucktampons mit FEM-Simulation zur Digitalisierung der Drucktamponherstellung.
Technische Universität Darmstadt
doi: 10.26083/tuprints-00023625
Dissertation, Erstveröffentlichung, Verlagsversion

URL / URN: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/23625

Kurzbeschreibung (Abstract)

Das Hauptziel dieser Dissertation ist eine Digitalisierung der Drucktamponherstellung zur Verbesserung der Druckqualität beim indirekten Tiefdruckverfahren. Der Tampondruck ist ein indirektes Tiefdruckverfahren zum Bedrucken von Objekten mit komplizierten Geometrien oder rauen Oberflächen. So können zum Beispiel Ziffern und Buchstaben auf elektrische Geräte oder elektrolumineszente (EL) Panele auf Flakons gedruckt werden. Obwohl der Tampondruck in der Werbung und im industriellen Druck weit verbreitet ist, gibt es nur wenige wissenschaftliche Studien über die Herstellung des Drucktampons sowie die Wahl seiner Form, seines Härtegrades und deren Einfluss auf die Druckqualität. Bisher erfolgen Materialauswahl und Formgebung empirisch. Im ersten Schritt wurde ein Workflow zur Digitalisierung der Drucktamponherstellung entwickelt, mit dem Ziel einer Kostensenkung, Verkürzung der Drucktamponentwicklungszeiten und Steigerung seiner Qualität. Dieser Workflow kann sowohl mit kommerzieller Software wie Siemens NX und Abaqus als auch mit Open-Source-Software wie FreeCAD und Salome-Meca durchgeführt werden. Beide Wege erlauben ein gezieltes Optimieren der Drucktampons und werden in dieser Dissertation verglichen. Im zweiten Schritt wurde das Drucktamponmaterial sowohl mit als auch ohne Carbon-Nanotubes durch verschiedene mechanische Materialprüfungen charakterisiert. Die Carbon-Nanotubes im Drucktamponmaterial verhindern die elektrostatische Aufladung eines Drucktampons. In dieser Dissertation wurden einfache und komplexe mechanische Materialprüfungen durchgeführt, um die mechanischen Eigeschaften zu charakterisieren und diese als Input-Parametern für die FEM-Simulation verwenden zu können. Bei den einfachen mechanischen Materialprüfverfahren handelt es sich um den einachsigen Zugversuch, den planaren Zugversuch und den einachsigen Druckversuch und bei den komplexen Materialprüfverfahren um den biaxialen Zugversuch, den volumetrischen Druckversuch und die Bestimmung der Querkontraktionszahl. Zusätzlich wurden die Gussformen der Probekörper mittels Polyjet- und Stereolithographie-3D-Druckern hergestellt. Anschließend wurde eine Methode zur Simulation des Druckprozesses des indirekten Tiefdruckverfahrens in Abaqus und Salome-Meca vorgestellt. Außerdem wurden mechanische und optische Methoden zur Validierung der FEM-Simulation verwendet. Anschließend wurde eine Sensitivitätsanalyse durchgeführt, um den Einfluss der Simulationsparameter auf die Simulationsergebnisse zu ermitteln. Die Optimierungsprozesse mit diesem digitalen Workflow führten zur Entwicklung neuer Arten von Drucktampons (Hohl-Drucktampons und Bi-Material-Drucktampons mit oder ohne Carbon-Nanotubes) und zu einer Verbesserung der Druckqualität.

Typ des Eintrags:

Dissertation

Erschienen:

2023

Autor(en):

Al Aboud, Ahmad

Art des Eintrags:

Erstveröffentlichung

Titel:

Entwicklung eines Verfahrens für die Auslegung von Drucktampons mit FEM-Simulation zur Digitalisierung der Drucktamponherstellung

Sprache:

Deutsch

Referenten:

Dörsam, Prof. Dr. Edgar ; Weeger, Prof. Dr. Oliver

Publikationsjahr:

2023

Ort:

Darmstadt

Kollation:

XIX, 184 Seiten

Datum der mündlichen Prüfung:

28 Februar 2023

DOI:

10.26083/tuprints-00023625

URL / URN:

https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/23625

Kurzbeschreibung (Abstract):

Alternatives oder übersetztes Abstract:

Alternatives Abstract

Sprache

The main goal of this dissertation is a digitalization of the printing pad production to improve the printing quality in the indirect gravure printing process. Pad printing is an indirect gravure printing process for printing on objects with complicated geometries or rough surfaces. For example, numerals and lettering can be printed on electrical equipment or electroluminescent (EL) panels on flacons. Even though pad printing is widely used in advertising and industrial printing, there are few scientific studies on the production of the printing pad and the selection of its shape and degree of hardness and their influence on the printing quality. Until now the selection of materials and shaping of the printing pad are done empirically. In the first step, a workflow for the digitalization of the printing pad production was developed with the aim of reducing costs, shortening the printing pad development time and increasing its quality. This workflow can be performed with commercial software like Siemens NX and Abaqus as well as with open-source software like FreeCAD and Salome-Meca. Both ways allow a targeted optimization of the printing pads and are compared in this dissertation. In the second step, the printing pad material with and without carbon-nanotubes was characterized by various mechanical material tests. The carbon nanotubes prevent the electrostatic charging of a printing pad. In this dissertation, simple and complex mechanical material tests were applied to characterize the mechanical properties and use them as input parameters for FEM simulation. The simple mechanical material testing methods are uniaxial tensile test, planar tensile test and uniaxial compression test and the complex material testing methods are biaxial tensile test, volumetric compression test and determination of transverse contraction number (Poisson's ratio). The molds of the test specimens were also produced in IDD using polyjet and stereolithography 3D printers. Then, a method for simulating the printing process of the indirect gravure process in Abaqus and Salome-Meca was presented. Mechanical and optical methods were used to validate the FEM simulation. Then, a sensitivity analysis was performed to determine the influence of the simulation parameters on the simulation results. The optimization processes using this digital workflow led to the development of new types of printing pads (hollow printing pads and bi-material printing pads with or without carbon-nanotubes) and to an improvement in printing quality.

Englisch

Status:

Verlagsversion

URN:

urn:nbn:de:tuda-tuprints-236255

Sachgruppe der Dewey Dezimalklassifikatin (DDC):

500 Naturwissenschaften und Mathematik > 500 Naturwissenschaften

Fachbereich(e)/-gebiet(e):

16 Fachbereich Maschinenbau
16 Fachbereich Maschinenbau > Institut für Druckmaschinen und Druckverfahren (IDD)

Hinterlegungsdatum:

14 Apr 2023 12:06

Letzte Änderung: