IML-Technologie stößt in neue Dimension vor

Schuster Group entwickelt eine konturfolgende 3-D-Folie mit kapazitiver Schaltung

Im thüringischen Waltershausen hat die Schuster Group, in Forschungskooperation mit Universitäten und Hochschulen eine hochglänzende und leitende Folie entwickelt, die dreidimensional verformt werden kann. Das eröffnet Designern und Produktentwicklern in den unterschiedlichsten Branchen völlig neue konstruktive Möglichkeiten und wird die Optik sowie Bedienungskultur von elektronischen Geräten nachhaltig verändern.

(industrietreff) - Fast zwei Jahre wurde an dieser weltweit einzigartigen Folie geforscht und entwickelt. Was nun in einem aufwändigen Serienfertigungsprozess gefertigt wird, ist eine IML-Folie, die dreidimensional verformt werden kann. Die IML-Technologie (InMold-Labeling) verbindet die Eigenschaften einer dekorativen und gleichzeitig leitenden Folie mit der komplexen Hinterspritztechnik von Kunststoff. Diese Polymerfolie wird im Siebdruckverfahren hergestellt und bietet eine bislang unerreichte Sensivität. Die in der Folie integrierte kapazitive Sensorik liegt mit 0,25 mm unmittelbar unter der sichtbaren und hochglänzenden Oberfläche. „Im Markt bekannte 2D-Produkte erreichen hier gerade einmal einen Abstand von 2,5 mm“, erklärt Geschäftsführer Volker Schuster.

Zudem schafft die Integration der kapazitiven Sensorik in das dekorative Bauteil einen immensen Preisvorteil, was die Stückkosten erheblich reduzieren kann. Die 3D-Folie der Schuster Group wird in Serie gefertigt. Was in der Fertigungspraxis bedeutet, dass die Leiterbahnen mit einem speziell entwickelten Druckverfahren direkt in der Folie integriert werden. Damit ergeben sich für Produktentwickler und Designer völlig neue Spielarten, denn die Bedienungselemente mit integrierter Funktionalität können konturfolgend konstruiert werden. Der Wegfall von separaten Sensoren reduziert die Bauteiltiefe. Das Aussehen von elektronischen Geräten und Bauteilen wird mit dieser Innovation nachhaltig beeinflusst.

Bislang wurden Bauteile meist dem der Bedienungselemente angepasst. Daraus ergeben sich für die Hersteller klare Wettbewerbsvorteile. „Auch die leicht zu reinigende und zu desinfizierende Oberfläche ist ein Vorteil“, verweist Volker Schuster hier auf Anwendungen in der Medizintechnik oder der Hygienetechnik.

Aktuell erfolgt die Fertigung zu 100 % in Deutschland. Die 3-D-Folien werden in einem mehrstufigen Verfahren produziert. „Über das Aussehen der Folie an der Sichtfläche entscheidet der Kunde. Das orientiert sich an den gewünschten Farben, Dekoren und Symbolen. Dadurch wird das Design und die Funktionalität bestimmt“, macht Volker Schuster deutlich.

Die Bedruckung der Folie nach den Layoutwünschen des Kunden erfolgt in einem speziellen Siebdruckverfahren. Im Trend sind aktuell beispielsweise Produkte, die mit einem „Verschwindeeffekt“ versehen sind. Bediensymbole werden also nur sichtbar, wenn diese hinterleuchtet werden. Eine Technik, die vor allem in der Automotive-Branche eingesetzt wird.

Weitere Druckschritte folgen. Für die Produktqualität entscheidend ist dabei die Umgebungstemperatur. Grundsätzlich müssen in sämtlichen Produktionsräumen gleichbleibende klimatische Bedingungen herrschen. Nach dem Bedrucken der Motive folgt die Aufbringung von leitfähigen und nicht leitfähigen Schichten. Dies ist das Herzstück der Entwicklung. Hier steckt das entscheidende Know-how. Diese Schichten sind die funktionale Technik in dem gesamten Produktaufbau.

Nach dem Druck gleicht die Folie optisch der eines Fahrplans in einem U-Bahn-Netz, mit vielen Leiterbahnen, die in der Folie integriert und in der späteren Anwendung komplett leitfähig sind. Mit dieser neuen Technologie entfallen die bei der konventionellen Technik notwendigen Sensoren, die als Einzelteile oder auf einer Leiterplatte zusammen gefasst, rückseitig auf dem Kunststoffprodukt befestigt werden. Das führt in der Folge zu einer Reduzierung der Einzelteile.

Um die Folie von Resten von Lösemitteln aus dem Siebdruckprozess zu befreien, werden sämtliche bedruckten Folien mit einem großdimensionierten Ofenwagen in einen Temperofen geschoben.
Im nächsten Produktionsschritt werden die Folien vorgestanzt. Für die Maßhaltigkeit ein ganz wichtiger Schritt. Ein für die Folie im Verhältnis definierter Druck- zu Stanzversatz wird durch kameraüberwachte Stanzzyklen exakt eingehalten. Anschließend wird die Folie gestanzt. Auch an dieser Bearbeitungsstation gelangt moderne digitale Kameratechnik zum Einsatz.

In der Verformung der Folie kommt nun das von der Schuster Group für die funktionale Schicht erarbeitete Know-how zum Tragen. Der Verformungsprozess erfolgt mit Hochdrucktechnik. Ein Verfahren, das dem des Thermoprozesses ähnlich ist. In qualifizierten Reinräumen, dem ISO-Standard folgend, erfolgt die Umformung mit einem Luftdruck von 150 bis 300 bar. Ein entscheidender Moment in der Fertigungskette, denn die innovative Folientechnik macht es möglich, dass die Leiterbahnen dieser Verformung mechanisch stand halten. „Die Leitfähigkeit des Materials muss nach konturgerechten Verformung voll gegeben sein,“ weist Volker Schuster noch einmal auf die technische Herausforderung hin.

Ist die Folie in Form gebracht, verlässt diese den Reinraum über eine Schleuse in eine Belichtungsanlage. UV-Strahlung sorgt in dieser Anlage dafür, dass die Hardcoating-Schicht aushärtet. „Um auch an dieser Stelle die Qualität sicher zu stellen, wird der Aushärtungsprozess alle acht Stunden überprüft und neu kalibriert“, skizziert Schuster den Aufwand, der für eine gleichbleibende Qualität in der Serienfertigung sorgt.

Die finale Arbeit an der eigentlichen ist nun noch das 3D-Konturstanzen. Damit ist das Folienprodukt komplett. Allerdings wird es vor der Freigabe noch zwei Mal einer 100%-Kontrolle unterzogen. Überprüft werden die kosmetischen Effekte sowie die Funktionalität und der Durchlicht-Effekt.
Anschließend wird die fertige Folie bei Schuster mit zwei unterschiedlichen Komponenten hinterspritzt. Ein komplexes Verfahren, das höchste Präzision in der Fertigung erfordert. Insbesondere weil hier eine 2-K-Technik zum Einsatz kommt. Das Spritzgießwerkzeug erfordert eine exakte Abstimmung der Position mit der vorgestanzten Folie, die in das in der eigenen Gruppe gefertigte Werkzeug eingelegt wird. Das gewährleistet, dass die Symbole passgenau auf das Spritzgussteil appliziert werden. Nur so ist in der Folge die gewünschte elektronische Funktionalität über die aufgedruckten Designelemente gegeben.

Die Folie wird mit der ersten Komponente, einem glasklaren Polycarbonat (PC), hinterspritzt. Die zweite Komponente, ein schwarzes Acrylnitril-Styrol-Copolymerisat (ABS)/Polycarbonat (PC), wird ebenfalls hinterspritzt und dient später zur Montage der Befestigungselemente. Die notwendige Übertragung von Steuerungsbefehlen erfolgt über eine Schnittstelle zu einer PCB (Printed Circiut Board), die in der Folie integriert ist. Den Anschluss sichert ein Leiterbahnenstrang, der seitlich in die Folie eingearbeitet ist.

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Datum: 25.06.2013 - 15:24 Uhr
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