Integrative Prozesstechnik

In einem Schritt zur Kunststoff-Metall-Kombination

Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) an der RWTH Aachen erforscht derzeit gemeinsam mit dem Institut für Oberflächentechnik (IOT) der RWTH Aachen einen neuen Ansatz zur Herstellung von Kunststoffteilen mit metallischen Oberflächen in einem Einstufenprozess.

Kunststoff-Demonstrator mit partiell aufgetragener Zinkschicht

Das In-Mould-Metall-Spraying (IMMS) verbindet das Spritzgießen mit dem thermischen Metallspritzen. Im ersten Schritt wird eine Metallschicht inline mit einem Beschichtungsverfahren, dem thermischen Spritzen (thermal spraying), auf die gewünschten Bereiche der Kavitätsoberfläche im Spritzgießwerkzeug (in-mould) aufgetragen. Dabei wird das Metall mit einem elektrischen Lichtbogen angeschmolzen und dann mit Druckluft auf die Werkzeug-Oberfläche geschleudert. Im nächsten Schritt wird diese Metallschicht mit Kunststoff hinterspritzt. Die Metallschicht verbindet sich dadurch ähnlich wie im In-Mould-Labeling-Verfahren mit dem Kunststoffbauteil. Das Kunststoffbauteil mit partieller Metalloberfläche lässt sich anschließend entformen.

Die Forscher führen die Haftung zwischen Metall und Kunststoff auf Mikroverklammerungen des Kunststoffs in der rauen Metalloberfläche zurück. Verglichen mit den etablierten Verfahren zur Metallisierung von Kunststoffspritzgießbauteilen wie der PVD-Beschichtung, dem Einsatz elektrisch leitfähiger Kunststoff-Compounds oder dem Überspritzen (Overmoulding) von Metallgittern, erlaube der neue, integrative Verfahrensansatz höhere Designfreiheiten bei gleichzeitig sehr guten elektrischen Eigenschaften.

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Mit dem neuen Verfahren IMMS ergeben sich vielfältige Anwendungen besondere in den Bereichen Elektronik und Elektrotechnik sowie im Automobilbau. So sei die Herstellung von Motorsteuergeräten aus Kunststoff mit integrierter elektromagnetischer Abschirmung denkbar oder im aufkommenden Markt für Elektromobilität die Herstellung von Batterie- und Motoreinkapselung. Ferner ermögliche der partielle Auftrag der Metallschicht die direkte Fertigung von Leiterbahnstrukturen auf elektronischen Bauteilen.

Das Forschungsprojekt ist Teil des Exzellenzclusters "Integrative Produktionstechnik für Hochlohnländer" an der RWTH Aachen, gefördert von der DFG. Das IMMS-Projekt baut auf den Erfahrungen mit dem Integrierten Metall-Kunststoff-Spritzgießen (IMKS) auf. Dieses Verfahren bietet sich zur integrierten Herstellung von metallischen Leiterbahnen in Kunststoffbauteilen an und wird ebenfalls am IKV erforscht.

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