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Automation improvement of indirect gravure printing with a focus on the mechanical characteristics of silicone rubber pads

Hakimi Tehrani, Arash :
Automation improvement of indirect gravure printing with a focus on the mechanical characteristics of silicone rubber pads.
Technische Universität, Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2019)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Automation improvement of indirect gravure printing with a focus on the mechanical characteristics of silicone rubber pads
Language: English
Abstract:

The main goal of this dissertation was an improvement in the automation level of the indirect gravure printing process. A type of indirect gravure printing with the name translational pad printing was considered in this dissertation as the printing process. This type of printing is used to print on 3D objects with concave and convex surfaces. For example, it can be used to print electroluminescent (EL) panels on the curved surface of a glass jar. In the first step, the automation level of the indirect gravure printing machine was improved. In this case, the structure of the indirect gravure printing machine was classified according to the structure of a mechatronic system. National Instrument CompactRio 9074 and Kollmorgen AKD servo drives were used as hardwares of control unit. LabVIEW and DIAdem software were applied to control the process and monitoring of data (online and offline), respectively. In the second step, an automation development was achieved according to implementation of manufacturing execution system (MES) and computer aided engineering (CAE). In this case, the silicone rubber material model as a hyperelastic material for different hardnesses was achieved according to test results of uniaxial tensile, compression and planar tests for hardnesses of 3, 6, 12 and 18 Shore A. The silicone rubber material model for different hardnesses was used to perform the simulation of the printing process. Mathematical equations of the pad geometry were calculated. Afterwards, a pad calculator to calculate the pad parameters was programmed for the first time. Also, a designing method of pad and a cost-efficient method for mold production of pad were described. As an innovative method, a stereolithografic 3D printer was used to prepare the pad molds. This method made the mold preparation more cost-efficient than before. So, this feature leads to manufacturing of unique pads according to printing conditions. Further, the printing process was simulated in finite element method (FEM) software ABAQUS. The simulation of the printing process helps to achieve suitable printing parameters for different conditions of printing. The ability of cost-efficient unique pad production and simulation of printing led to optimization of the printing process according to printing conditions. These features led to increase the automation level of indirect gravure printing from level 1 (before this thesis) to level 3.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Das Hauptziel dieser Dissertation war die Verbesserung der Automatisierungsebene des indirekten Tiefdruckverfahrens. Eine Methode des indirekten Tiefdrucks, der translatorische Tampondruck, wurde in dieser Dissertation als eigenes Druckverfahren betrachtet. Diese Art des Druckens wird zum Bedrucken von 3D-Objekten mit konkaven und konvexen Oberflächen verwendet. Zum Beispiel kann es verwendet werden, um elektrolumineszente (EL) Paneles auf der gekrümmten Oberfläche eines Glases zu drucken. Im ersten Schritt dieser Arbeit wurde die Automatisierungsebene einer indirekten Tiefdruckmaschine verbessert. Hier wurde der Aufbau der indirekten Tiefdruckmaschine nach der Struktur eines mechatronischen Systems klassifiziert. Als Hardwarekomponenten der Steuereinheit wurden National Instruments CompactRio 9074 und Kollmorgen AKD-Servoantriebe benutzt. LabVIEW und DIAdem wurden zur Steuerung des Prozesses und der Überwachung der Datenverarbeitung (online und offline) eingesetzt. Im zweiten Schritt wurde eine Automatisierungsentwicklung durch die Implementierung von Manufacturing Execution System (MES) und Computer Aided Engineering (CAE) erreicht. In diesem Fall wurde das Silikonkautschuk-Materialmodell als hyperelastisches Material für unterschiedliche Härten gemäß Testergebnissen von einachsigen Zug-, Druck- und Planarversuchen für Härten von 3, 6, 12 und 18 Shore A erreicht. Das Silikonkautschuk-Materialmodell wurde für verschiedene Härten verwendet, um Simulationen des Druckprozesses durchzuführen. Außerdem wurde auf Basis mathematischer Gleichungen die Tampongeometrie berechnet. Danach wurde erstmalig ein Tampon-Rechner zur Berechnung der Tampon-Parameter programmiert. Es wurden ein Entwurfsverfahren für ein Tampon und ein kosteneffizientes Verfahren zur Formherstellung eines Tampons erarbeitet. Als innovative Methode wurde ein stereolithografischer 3D-Drucker zur Herstellung der Tampon-Formen verwendet. Diese Methode führte zu einer kosteneffizienteren Formvorbereitung und der Herstellung von einzigartigen Tampons entsprechend den Druckbedingungen. Des Weiteren wurde der Druckprozess in der Finite-Elemente-Methode (FEM) Software ABAQUS simuliert. Dies soll die Optimierung der Druckparameter für unterschiedliche Druckbedingungen ermöglichen. Die Fähigkeit zur kosteneffizienten, individuellen Tampon-Produktion und zur Simulation des Druckprozesses führte zu einer Optimierung entsprechend der Druckbedingungen. Diese Merkmale führten zu einer Erhöhung des Automatisierungsgrads im indirekten Tiefdruck von Stufe 1 (vor dieser Arbeit) auf Stufe 3.German
Place of Publication: Darmstadt
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 000 Allgemeines, Wissenschaft
000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 530 Physik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 600 Technik
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 620 Ingenieurwissenschaften
600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 670 Industrielle Fertigung
Divisions: 16 Department of Mechanical Engineering
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Printing Science and Technology (IDD)
16 Department of Mechanical Engineering > Institute of Printing Science and Technology (IDD) > Automatisierung und Messtechnik
Date Deposited: 04 Feb 2019 12:00
Last Modified: 04 Feb 2019 12:00
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-83222
Referees: Dörsam, Prof. Dr. Edgar and Abele, Prof. Dr. Eberhard
Refereed: 12 December 2018
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/8322
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