Prozess- und Maschinenentwicklung für das kontinuierliche, variotherme Heißprägen

Die stetig steigenden Anforderungen an die Funktionalität, Nachhaltigkeit und Miniaturisierung von High-Tech Produkten stellen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler täglich vor neue Herausforderungen. In unterschiedlichsten Anwendungsbereichen werden dabei immer mehr Funktionsmechanismen den über Millionen von Jahren evolutionär entwickelten Wirkprinzipien der Natur entlehnt. Diese werden in innovative Produkte integriert, welche mit zunehmendem Preisdruck und hohen Anforderungen an die Stückzahlen hauptsächlich auf der Basis von Kunststoffmaterialien in replizierenden Verfahren hergestellt werden. Im Bereich der Produktionstechnologie ist dabei die Skalierbarkeit neuartiger Produkte und Prozesse eine wiederkehrende Herausforderung. Insbesondere in den Bereichen bionischer und optischer Systeme wird dabei zunehmend auf kontinuierliche Produktionsverfahren nach dem „Rolle-zu-Rolle-Prinzip“ gesetzt.
Während verwandte Replikationstechnologien wie der Kunststoff-Spritzguss bereits seit Jahrzehnten auf der Basis variothemer Prozessführung durchgeführt werden, stellen variotherme Verfahrensansätze in der Rolle-zu-Rolle-Produktionstechnologie die Ausnahme dar. Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag zur Übertragung variothermer Verfahrensansätze auf die kontinuierliche, thermische Nanoimprintlithographie, indem ein variothermes Heißprägemodul auf Basis eines Mittelhochfrequenz-Induktionsheizers entwickelt und charakterisiert wird. Nach einer Aufarbeitung des Stands der Technik wird das konzeptionierte Heißprägemodul vorgestellt und die Andruckeinheit charakterisiert. Im weiteren Verlauf wird ein
semi-analytisches Simulationsmodell zur Berechnung der Temperaturfelder auf der Oberfläche des Prägewerkzeugs entwickelt. Die Ergebnisse werden in einem Prüfstandsversuch experimentell validiert und im Hinblick auf die thermischen Eigenschaften der Prägezone analysiert. Abschließend erfolgten die Pilotproduktion einer mikrostrukturierten Folie und die Analyse prozessrelevanter Einflussfaktoren unter Produktionsbedingungen.