Design ohne Nachbearbeitung

Automobilkomponenten mit Dekor nach Wunsch

Dekorationsfolien ersetzen zunehmend lackierte Oberflächen, um größere Gestaltungsfreiheit bei sehr hoher Qualität – und Kostensenkungen – zu erreichen. Der Einsatz von Dekorfolien im FIM Folien-Insert-Moulding-Verfahren wächst rasant. Das von mehreren Partnern entwickelte DecoPro-Verfahren wurde zur Chinaplas 2018 eingeführt.

Motorabdeckung mit vielfältigen Dekoren, die durch die Auswahl verschiedener Dekorfolien erhalten werden. © Yizumi

Decopro nutzt die Integration mehrerer Technologien wie Hinterspritzen mit Aluminiumfolie in Kombination mit der Plastic Interface Technology (PIT), um in einem einstufigen Spritzgießen dekorierte Teile zu produzieren. Dazu gehört auch die Möglichkeit, Oberflächen mit Narben und anderen Strukturen im In-Mould-Graining (IMG) herzustellen.

Das Verfahren kann auch zusammen mit dem Foampro-Strukturschaumverfahren zur Gewichtsreduzierung und Zykluszeit-Verkürzung eingesetzt werden. Weil damit auch die erforderliche Schließkraft sinkt, können eventuell kleinere Spritzgießmaschinen eingesetzt werden, was die Stückkosten weiter drückt. Die Kombination all dieser Technologien führt zu attraktiven Motorabdeckungen, die in einem hocheffizienten Produktionsprozess hergestellt werden.

Hohe Präzision in Maschinenleistung
Der Decopro-Prozess wurde von Yizumi aus Guandong, China, auf der Chinaplas 2018 in Shanghai eingeführt und auf einer speziellen Spritzgießmaschine des Typs Yizumi UN 1000DP/ IU 9500 realisiert. Für diese Anwendung wurde sie mit eine Steuerung von Keba, Österreich, mit benutzerfreundlicher Schnittstelle und hoher Verarbeitungsgeschwindigkeit ausgerüstet.

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Das Decopro-Werkzeug als CAD-Konstruktion und als reale Werkzeughälfte mit Dekorteil. © Yizumi

Eine zusätzliche, schnell reagierende Servoventil-Steuertechnologie und ein an der Schließeinheit angebrachter Ultraschall-Positionssensor sorgen für eine genaue Plattenpositionierung mit ±0,1 Millimeter Toleranz. Parallel arbeitende Pneumatikzylinder, ein numerisch gesteuertes Proportionalventil und die Regelung der Spritzeinheit sorgen dafür, dass die Teilegewicht-Schwankung beim Spritzgießen unter 3 Prozent bleibt. Keramikheizkörper erwärmen den Zylinder der Spritzeinheit, wobei die Keba-Steuerung eine PID-Temperaturregelung (Proportional Integral Derivative) mit einer Genauigkeit von ±0,5 °C bereitstellt.

Die Technologie des „Smart Clamping" der Zweiplatten-Spritzgießmaschine stellt die Plattenparallelität beim Öffnen und Schließen des Werkzeugs sicher. Außerdem ermöglicht sie innovative Verfahren wie den Einsatz von Spritzpräge- und atmenden Werkzeugen. Ein atmendes Werkzeug erhöht im Decopro-verfahren die Nennwanddicke der Spritzgussteile von 2,5 auf 3,5 Millimeter.

Die eingesetzte Yizumi-Spritzgießmaschine arbeitet mit einer Steuerung des österreichischen Anbieters Keba. © Yizumi

Dekoratives Flair
Das Dekor für den Decopro-Prozess wird mit Hilfe der von Lyondell Basell entwickelten PIT-Technologie mit einer weichen Haftlackschicht zwischen Dekor und Träger bereitgestellt, die auch die In-Mould-Graining der Aluminiumfolien-Dekorschicht ermöglicht. Nicht nur für Motorabdeckungen, sondern auch in anderen Anwendungen sorgt das Aluminiumfolien-Dekor für metallischen Glanz und eine angenehme Haptik, spielt aber auch eine Rolle bei der Geräuschreduzierung und Kühlung der Haube durch Reflexion von Infrarotstrahlen.

Die Dekorschicht ist 0,3 Millimeter dick (TD) und wird von einer 0,2 Millimeter dicken Aluminium-Trägerfolie (TF) getragen. Je nach Kundenwunsch, können die Dekore schnell und einfach beispielsweise auf Holz, thermoplastisches Polyolefin (TPO) oder Textil umgestellt werden. Es wurde keine maximale Foliendicke definiert, aber mit zunehmender Foliendicke nimmt der Hohlraum dahinter ab.

Seitenansicht des Werkzeugs von der Rückseite aus betrachtet. © Yizumi

Ein Blick auf das Preform-Werkzeug
Das Preform-Werkzeug kombiniert Stanz- und Prägeprozesse. Die Dekorrolle ist in einer Wickeleinheit montiert und führt Folie zur Fixierung zwischen Stanz- und Prägewerkzeug zu. Der Stanzrahmen schneidet das Dekor in die Form eines Rahmens. Vor dem Öffnen des Werkzeugs wird auf der Stempelseite Druckluft und auf der Matrizenseite das Vakuum aktiviert, so dass das gestanzte und geprägte, vorgeformte Dekor beim Öffnen auf Matrizenseite fixiert wird.

Ein Folienvorschubantrieb an der Unterseite des Werkzeugs zieht die Folie für den nächsten Zyklus durch das Werkzeug. Eine Schneideeinheit unter der Antriebseinheit schneidet den Rest der Folie in Einzellängen. Diese Lösung wurde von GK Concept, Dresden, entwickelt.

In-Mold Graining
Ein weiterer Punkt im Herstellprozess der Motorabdeckung ist das In-Mold-Graining (IMG), das auch in anderen Anwendungen zunehmend eingesetzt wird. Es lassen sich verschiedene Texturen auf der Kavität und damit auf den Bauteilen realisieren. Die Dekorfolie (Aluminium, Holz oder andere) wird beim Hinterspritzen mit der Kunststoffschmelze geprägt.

Screenshot Spritzgießmaschinen-Steuerung von Keba, in die auch die Steuerung der Peripheriegeräte und der Schäumtechnologie Mucell integriert wurden. © Yizumi

Im Mittelpunkt des IMG-Prozesses steht die Gestaltung von Textur und Folie unter Berücksichtigung des verwendeten Einspritzdrucks, um die erforderliche Oberflächenstruktur bei Formteilen zu erhalten. Die Übertragung der in der Struktur auf der Kavität auf das Bauteil hängt von der Art der verwendeten Aluminiumlegierung und der Härte des Dekors ab. Eine weitere Herausforderung ist die Haftung zwischen Kunststoffträger und Dekorfolie. IMG verbessert die Oberflächenqualität, speziell durch vermeiden typischer Fließlinien beim Einsatz von Strukturschaumverfahren.

Leichter und kostengünstiger
Preform- und Spritzgießwerkzeug sind auf einer gemeinsamen Basis befestigt. Das vorgeformte Dekor wird in das Spritzgießwerkzeug eingebracht und muss präzise im Formkavität fixiert werden. Auf der Kavität-Seite der Form gibt es mehrere 0,1 Millimeter breite Schlitze, durch die das Dekor mit Vakuum angesaugt und an der Wand der Kavität fixiert wird. Das vorgeformte Dekor wird anschließend mit 30 Prozent glasfaserverstärktem Polyamid 6.6 hinterspritzt, einem Material, das sich hervorragend für das Strukturschaumverfahren eignet. Wird Decopro mit dem Foampro-Strukturschaumverfahren kombiniert, kann es zum Beispiel mit der mikrozellulären physikalischen Schaumtechnologie Mucell arbeiten.

Um das volle Potenzial des Mucell-Prozesses auszuschöpfen, wurde ein Atmungsprozess eingeführt. Sobald die Schmelze die Formkavität gefüllt hat, wird die Form durch die zurückziehende bewegliche Platte ein wenig geöffnet. Dabei wachsen Blasen im Inneren des Formteils, wodurch sich die Wanddicke des Teils in Formöffnungsrichtung ausdehnt. Mit der Kombination von Schäumen und Atmungsprozess wurde eine Gewichtsreduzierung von 30 Prozent gegenüber kompakten Teilen mit gleicher Wanddicke erreicht, und Verzug wurde eliminiert. Kürzere Zykluszeiten und eine Reduzierung der Schließkraft der Spritzgießmaschine um 50 Prozent haben zu einem kostengünstigeren Prozess geführt, der sich in einem niedrigeren Endpreis des Teils widerspiegelt. Yizumi hat eine Gasversorgungseinheit T300 von Trexel installiert. Alle relevanten Prozessparameter lassen sich komfortabel über die Steuerung der Spritzgießmaschine eingeben.

Um eine Beschädigung des Dekors zu vermeiden und andererseits eine gute und gleichmäßige Formfüllung zu erreichen, müssen physikalisches Schäumen, Hinterspritzen Oberflächenbeschaffenheit beim Umspritzen und andere Parameter aufeinander abgestimmt werden. Die technische Basis dafür bildet das Heißkanalsystems Flexflow One von HRS in San Polo Piave, Italien. Hierbei handelt es sich um eine elektrisch angetriebene Nadelverschlusstechnik, die während des Einspritzvorgangs keine zusätzliche Steuereinheit erfordert. Das Gesamtkonzept wurde von der GK Concept, Yizumi und anderen Kooperationspartnern entwickelt.

Hochautomatisiertes Handling
Ein von Welllih in China entwickelter Linearroboter mit hoher Wiederholgenauigkeit handhabt die vorgeformte Folie und das dekorierte Formteil mit einem druckluftbetriebenen Greifer.Ein weiterer wichtiger Aspekt ist die Prozessabfolge von Roboterhandling, Aluminiumfolienzuführung und Vakuumumschaltung zwischen Preformwerkzeug und Spritzgießwerkzeug, für die Yizumi eine Software entwickelt hat, die ebenfalls in die Steuerung der Spritzgießmaschine integriert ist und den optimalen Prozessablauf während des gesamten Zyklus ermöglicht.

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