Oberflächenfunktionalisierung von Kunststoffbauteilen

Ein Fokus der Professur Kunststoffe der Technischen Universität Chemnitz unter Leitung von Prof. Dr. Michael Gehde liegt auf der prozessintegrierten Funktionalisierung von Kunststoffbauteilen während des Spritzgießens. Grundlage ist die durch die Professur Kunststoffe patentierte In-Mold Printing-Technologie.

3D-MID-Bauteile (3D Molded Interconnect Devices) sind spritzgegossene dreidimensionale Schaltungsträger, die durch eine Kombination von komplexen elektrischen Leiterstrukturen und zahlreichen technischen Funktionen, ein hohes Integrations- und Miniaturisierungspotenzial im Bauteil gegenüber konventionellen Baugruppen mit Leiterplatten aufweisen. Es können dadurch erhebliche Verbesserungen der Funktionalität, Sicherheit, Zuverlässigkeit sowie Energieeffizienz erreicht werden. Aufgrund der generellen Tendenz zur Miniaturisierung in elektronischen Bauteilen wird die 3D-MID-Technologie in Zukunft noch deutlich mehr an Bedeutung gewinnen.

Die konventionelle MID-Herstellung kann nach verschiedenen Verfahrensvarianten erfolgen, zeichnet sich jedoch durch mehrteilige Fertigungsschritte sowie hohe Anforderungen an Handling und Logistik aus. Die hohen Material- und Fertigungskosten, die aus den aufwendigen und kostenintensiven Prozessen zur Vorbereitung der Oberflächen für das anschließende nachträgliche Metallisieren von Leiterbahnen resultieren, wirken sich nachteilig auf den Prozess aus.

Neben den herkömmlichen MID Herstellungsverfahren gewinnen gegenwärtig alternative Herstellungsmethoden an Bedeutung. An der Professur Kunststoffe wurde mit dem patentierten In-Mold Printing ein neuartiges Sonderspritzgießverfahren entwickelt. Diese Technologie ermöglicht es, Kunststoffformteile in einem Herstellungsschritt urzuformen und zu funktionalisieren. Der Spritzgießzyklus wird somit um diesen Funktionalisierungsschritt erweitert. Nachdem ein gefertigtes Bauteil aus dem Werkzeug entnommen wurde, wird die Werkzeugkavität entsprechend des gewünschten Druckbildes mit einem funktionellen Lack spiegelverkehrt bedruckt. Dieses Druckbild wird im Folgenden von der eintretenden Kunststoffschmelze überströmt und überträgt sich auf das Kunststoffsubstrat. Das In-Mold-Printing von 3-D MID wurde für leitfähige modifizierte Druckfarben und polare Kunststoffe, wie zum Beispiel Polycarbonat und Polyamid getestet. Die Funktionalität der auf diese Art und Weise erzeugten funktionellen Schichten wird anhand eines Demonstrators auf der Hannover Messe präsentiert.

Die während des In-Mold Printing-Prozesses entstehenden Oberflächen lassen eine präzise und dauerhafte Abbildung feiner Druckmotive auf dem Kunststoffbauteil zu. Die integrierte Oberflächenfunktionalisierung des In-Mold Printing-Prozesses eröffnet eine Vielzahl neuer bzw. durch den Einbau in bestehende Systeme erweiterbare Anwendungsgebiete. So können beispielsweise durch den Einsatz eines speziellen Farbsystems mit einstellbaren physikalischen und chemischen Eigenschaften Kunststoffbauteile mit hochwertigen funktionellen Markierungen (Kodierungen, Leitpads, Leiterbahnen, Widerstandselemente etc.) versehen werden. Damit wäre zum Beispiel eine lückenlose Nachverfolgbarkeit der Lieferkette möglich. Der In-Mold Printing-Prozess führt somit zu einer Verkürzung der Prozesskette und besitzt außerordentliches wirtschaftliches Potential.

Quelle
Technische Universität Chemnitz