Das Unternehmen Gebrüder Krallmann ist spezialisiert auf den hochwertigen Präzisionsformen- und Werkzeugbau. Hauptkundenbereiche sind die Medizin- und Verpackungstechnik sowie die Automobilindustrie. Innerhalb dieser Kernmärkte hat der Werkzeugbauer über 40 Jahren Erfahrung. Um Mikro- oder Nanostrukturen erfolgreich abbilden zu können, stellt sich die Frage nach der hierfür am besten geeigneten Technik. Auch die Temperierung des Werkzeuges spielt, zur Gewährleistung einer korrekten Abformung, eine entscheidende Rolle im Herstellungsprozess. Bei steigenden technischen Anforderungen mit hoher Qualität an das Formteil reicht die klassische konstante Werkzeugtemperierung oftmals nicht mehr aus. Das Beispiel aus der Bionik – der Übertragung der Strukturen von Mottenaugen zur Entspiegelung von Oberflächen – zeigt die Herausforderung an die Kunst des Werkzeugbaus.
Schnelle Temperaturwechel für kurze Zykluszeit
Die sich aus der klassischen konstanten Werkzeugtemperierung ergebene Problematik bei der Abformung von Mikro- oder Nanostrukturen besteht darin, dass die Schmelze durch eine zu hohes ?T zwischen der Masse-Temperatur und der Werkzeugwand-Temperatur erkaltet, bevor sämtliche Strukturen exakt abgeformt werden konnten. Eine an den Herstellungsprozess individuell angepasste Temperierung des Werkzeuges wirkt diesem Problem entgegen. Die Werkzeugwand-Temperatur wird der Schmelze angepasst, um das genaue Abformen der Strukturen sicher zu stellen. Anschließend wird das Werkzeug auf Entformungstemperatur herunter gekühlt.
Der Wechsel zwischen den beiden Temperaturzuständen geschieht in Sekundenbruchteilen, was zusätzlich zu der gewünschten Abformung kurze Zykluszeiten ermöglicht. Außerdem empfiehlt sich die Anwendung des Spritzpräge-Verfahrens, da hierbei die Schmelze, nach Füllung der Kavität, entsprechend in die Strukturen gepresst werden kann und das Ergebnis somit zusätzlich verbessert wird. Für eine bestmögliche Abformungn muss jedoch auf einen angepassten Spritzpräge-Hub geachtet werden, denn filigrane Konturen könnten bei einem ungeeigneten Prägehub verletzt werden.
Schutzschicht für Nano-Struktur
In Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik (IWM) wurde daran gearbeitet, die Struktur von Mottenaugen in Kunststoff-Artikel zu übertragen. Die Beschaffenheit dieser Struktur verhindert das Verspiegeln auf Oberflächen. Durch den Übertrag konnte eine Lichtdurchlässigkeit von 99,9 Prozent erreicht werden, solange beide Seiten des Artikels die Nanostruktur aufweisen. Die Masterplatte mit den Konturen wurde am IWM mit einem Laser in einem schalldichten Raum gefertigt. Von der Masterplatte lassen sich eine Vielzahl an Kopien mittels Galvanisierung erstellen, die im direkten Herstellungsprozess im Werkzeug verwendet werden können. Um die filigranen Strukturen zum Beispiel durch Reiben der Oberfläche des Kunststoff-Teils nicht zu zerstören, wird eine spezielle Schutzschicht innherhalb des Fertigungsprozesses aufgebracht.
