Extrusionsprägen

Die Funktionalisierung von Oberflächen bietet eine große Chance, Bauteile mit zusätzlichen Eigenschaften auszustatten, die über die des reinen Materials hinausgehen. In der Natur wird dieses Prinzip seit langem genutzt: Bekannte Phänomene aus der Bionik sind etwa die Haifischhaut, die den Strömungswiderstand reduziert, oder der Lotuseffekt, der das Anhaften von Wasser oder Schmutz verhindert.
Um diese Effekte technisch nutzbar zu machen, wird am IKV im Rahmen des Exzellenzclusters an der Herstellung solch funktionalisierter, bionischer Folien gearbeitet. Dies wird durch die technische Nachbildung der jeweiligen Mikrostruktur im variothermen Extrusionsprägeprozess realisiert. Bei diesem einstufigen Prozess wird mithilfe einer laserstrukturierten Prägewalze die Oberflächenstruktur direkt in die Schmelze geprägt. Eine externe Lasertemperierung erzeugt das hierfür notwendige Temperaturprofil entlang des Walzenumfangs und sorgt dabei lokal für die benötigten hohen Temperaturen im Prägespalt.
Strukturgrößen bis herab zu Durchmessern von 5 µm und Aspektverhältnissen von 1 können abgeformt werden. Die Abformgüte variiert je nach verwendetem Prozesspunkt und Material stark. Eine besondere Herausforderung besteht in der vollständigen Formfüllung und damit dem Erreichen einer Abformgüte von 100 Prozent. Zur Optimierung der superhydrophoben Funktionalität kann jedoch auch eine gezielte Verstreckung (Bilden von „Härchen“) der abgeformten Struktur beim Herauslösen genutzt werden. Durch eine, den individuellen Anforderungen angepasste Temperierstrategie sowie eine raue Werkzeugoberfläche kann dies erreicht werden. Dazu werden unterschiedliche Temperierkonzepte sowohl simulativ als auch experimentell untersucht.
Mögliche Anwendungsfelder solcher funktionalisierter Kunststofffolien liegen beispielsweise in den Bereichen Automobil, Energie, Luft- und Raumfahrt, Optik sowie Medizintechnik.