Der Dekoration von Kunststoffoberflächen kommt eine immer größere Bedeutung zu. Denn in die optisch und haptisch ansprechenden Oberflächen werden mehr und mehr Funktionen integriert. Dadurch wird die Touchbedienung von beispielsweise Küchengeräten oder Funktionen im Autoinnenraum möglich. Ein Hersteller hat sein Technikum um zwei Fertigungszellen erweitert, mit denen die 3D-Verformung der Folien weiterentwickelt werden soll.

PMD-Insert kombiniert mit einem gedruckten kapazitiven Poly-IC-Sensor auf der Formteilinnenseite. (Bild: Leonhard Kurz)

Bereits seit den 1980er-Jahren spielen Folien eine zunehmend wichtige Rolle für die Oberflächengestaltung von Kunststoffteilen, zu Beginn hauptsächlich als Trägerfolien für Metallschichten zum Übertragen auf ein Kunststoffteil durch Heißprägen. Daraus abgeleitet wurde die Folie als Transfermedium für Designschichten und Druckdekors während des Spritzgießprozesses bedeutender. Dafür wird das Rolle-zu-Rolle-Transferverfahren (IMD = In-Mould-Decoration im Transferverfahren) eingesetzt. Ein speziell von Leonhard Kurz, Fürth, entwickeltes Folienvorschubgerät zieht die beschichtete Folienbahn (meist aus Polyester) zyklussynchron durch das offene Spritzgießwerkzeug. Dabei können Endlosdesigns mit Wegsteuerung und Einzelbilddekore durch Lichtleiterpositionierung aufgebracht werden. Die IMD werkzeugspezifische Klemmrahmen- und Vakuumtechnik sorgt für passgenaues Halten und Einziehen in die Werkzeugkavität. Anschließend wird das Lacksystem hinterspritzt und geht dabei eine dauerhafte Verbindung mit dem Kunststoff ein. Nach Trennen des Folienträgers vom Lacksystem beim Werkzeugöffnungsvorgang wird das inline-dekorierte Bauteil entformt.

Der Folienhersteller bietet ein breites Spektrum an Spezialeffekt- und Funktionsdekoren an, beispielsweise sogenannte Print Mould Design-Folienbauteile (PMD). Dies sind glasklare Polycarbonat-Folien, die auf beiden Seiten mit einem präzise aufeinander abgestimmten Design bedruckt werden. Dadurch lassen sich Dekore mit 3D-Anmutung darstellen. Wegen der relativ hohen Steifigkeit und der hohen Erweichungstemperaturen eignen sich die PC-Folien nicht für die Direktverarbeitung auf der Spritzgießmaschine, sondern müssen außerhalb derselben durch Tiefziehen und nachfolgende Bearbeitungsschritte zu Einlegteilen konfektioniert werden. Im Spritzgießwerkzeug hinterspritzt werden daraus Armaturen oder Mittelkonsolen für Automobile.

Das IMD-Rollendurchzugsverfahren, bei dem Polyesterfolien verarbeitet werden, als auch das PMD-Folien-Einlegeverfahren sind keine Universallösungen für Dekoraufgaben. Sie unterscheiden sich sowohl hinsichtlich der Anwendungsgrenzen als auch der Kosten. So lassen sich die, von der Rolle weg verarbeiteten IMD-Polyesterfolien innerhalb eines Spritzgießzyklus nur in relativ engen Grenzen dreidimensional verstrecken. Um einen weiteren Schritt in Richtung dreidimensionaler Designübertragung zu gehen, wurden Verfahrenskombinationen von Kurz prozesstechnisch zusammengeführt und hieraus das „Einschritt-Varioform-IMD-Rolle zu Rolle Verfahren“ entwickelt.

„All-in-one“-Produktionszelle auf Basis der Smart-Power-Spritzgießmaschine im Technikum bei Leonhard Kurz. (Bildquelle: Reinhard Bauer)

Martin Hahn, verantwortlich für den Bereich Application, Technologie & Innovation, erläutert: „Durch diese applikationstechnische zusätzliche Technologieentwicklung eröffnet sich ein breites Spektrum in der Auswahl der Foliensysteme im Schulterschluss mit den Spritzgießsubstratmaterialien wie PP, ABS-TPU.“ Daraus ergeben sich neue Variationsmöglichkeiten im Bauteilaufbau bei gleichzeitiger Nutzung einer vielseitigen Designperspektive. Die Designwechsel erfolgen analog zum Standard-IMD-Verfahren durch einfaches Austauschen der Folienrolle. Weiterhin können verschiedenste Einzelbild- und Endlosdekore sowie Funktionsfolien verarbeitet werden, wodurch hochwertige Oberflächengestaltungen wirtschaftlich realisierbar sind. Prozesse und Applikationstechnik sind für Kurz entscheidend, deshalb wurde das Anwendungstechnikum Spritzgießen um eine darauf ausgerichtete Versuchs- und Testanlage erweitert. „Dabei haben wir uns nach einer umfassenden Kosten-Nutzen-Analyse für zwei Spritzgießzellen von Wittmann Battenfeld entschieden. Den Ausschlag dafür gab deren ‚All-in-one‘-Konzept, das heißt, dass zur Spritzgießmaschine alle Peripheriekomponenten, wie Handling-Roboter, Teileförderanlage, die Materialförderung, die Werkzeugtemperiergeräte sowie die allumfassende Reinraumeinhausung ebenfalls aus der Wittmann Gruppe stammen und daher kompromisslos aufeinander abgestimmt und zusätzlich über die Wittmann 4.0-Softwaretools miteinander und nach außen hin vernetzt sind“, so Hahn weiter.

Beide Spritzgießmaschinen sind mit Rolle-zu-Rolle-Folienvorschubeinheiten ausgerüstet. Der Roboter trägt eine IR-Wärmeplatte zum Erwärmen der Folien (links) und gegenüber den Sauggreifer zur Fertigteilentnahme. (Bildquelle: Reinhard Bauer)

Um die Weiterentwicklung der Verfahrenstechnologien mit hoher Praxis- und Seriennähe zu betreiben, entschied sich das Unternehmen aus Fürth für Maschinen aus der servohydraulischen Smart-Power-Reihe. Konkret für eine Smart-Power 210/750 und eine Smart-Power 120/350 jeweils ausgerüstet mit einem Wittmann W918-Roboter und getakteten Teileförderbändern. Beide Maschinen-Schließeinheiten wurden von Kurz mit einer Rolle-zu-Rolle-Folienvorschubeinheit ausgerüstet.

Die Produktionszellen wurde von Projektleiter Fabian Bürkel, Leonhard Kurz (links) und Marcus Otto, Vertriebsingenieur für Spritzgießtechnik bei Wittmann Battenfeld, Nürnberg konzipiert. (Bildquelle: Reinhard Bauer)

Die Detailkonzeption der Anlagen übernahmen Projektleiter Fabian Bürkel, Leonhard Kurz und Marcus Otto, Vertriebsingenieur für Spritzgießtechnik bei Wittmann Battenfeld, Nürnberg. Dazu Fabian Bürkel in einem Rückblick: „Uns kam es vor allem auf die Übertragbarkeit der im Versuch ermittelten Verarbeitungsparameter auf die reale Betriebspraxis potenzieller Anwender unserer Folien an. Dabei wollten wir möglichst unabhängig von variablen Einflüssen aus der Produktionsperipherie sein.“

Beispiele aus dem aktuellen Versuchsprogramm des Folienherstellers, um sowohl die Tiefziehverhältnisse, als auch die Ecken- und Radienformung zu erweitern. (Bildquelle: Reinhard Bauer)

Im Fokus der neuen Versuchskapazitäten stehen das Erhöhen der dreidimensionalen Folienverstreckung durch Infrarot-Vorwärmen und anschließendem Vakuumformen im Spritzgießwerkzeug als integraler Verfahrensteil des Spritzgießvorganges. Weiterhin wird die Angussposition optimiert, um das Übertragen von Schubeinflüssen aus der Kunststoffschmelze auf die elastisch eingestellte Trägerfolie zu minimieren. Ein wichtiger Teilaspekt des aktuellen Entwicklungsprogramms ist die Faltenfreiheit an Formteilecken und der prozesssichere Umbugprozess für die Folie entlang des Formteilumrisses.

Die Innenblende einer PKW-Tür, die mit Folien aus dem Hause Kurz dekoriert ist, wurde ausgezeichnet. Das Teil besitzt eine partiell lichtdurchlässige Dekorfolie/IMD-Einzelbildsystem, die mit einem gedruckten kapazitiven Poly-IC-Sensor auf der Formteilinnenseite mit IML-Technik kombiniert ist. Beide werden innerhalb eines Spritzgießzyklus hinterspritzt. Der Sensor dient zur Touchbedienung der Licht-Schalt- und Dimmfunktion, mit der auch der Farbton der dahinterliegenden LED-Lichtquelle variiert werden kann.

Technokomm, ist freier Redakteur für kunststofftechnische Berichte.  

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