Kunststoffbauteile mit metallisierten Oberflächen

Aktuelle Designstudien zeigen, dass metallische Oberflächen auch zukünftig im Fahrzeuginnenraum eine bedeutende Rolle spielen. Durch das Chrom (VI)-Verbot müssen Einkäufer und Entwickler von Herstellern und Zulieferern neue, zuverlässige Partner für Produktionsketten mit Chrom-Ersatzverfahren finden, um nicht auf dekorative Metallisierungen zu verzichten.

Während bislang die Frage nach metallisierten Kunststoffteilen einfach mit „Galvanisierung“ zu beantworten war, gibt es bei den neuen Verfahren eine deutlich größere Bandbreite an Funktionalität und Kostenintensität. Welches Verfahren am besten für ein Bauteil geeignet ist, muss deshalb bereits früh im Projekt mit entsprechend kompetenten Partnern besprochen werden. Nur so lassen sich die Vorteile der neuen Verfahren auch voll ausschöpfen. Um ein Projekt erfolgreich durchzuführen, ist ein mehrstufiger Entscheidungsprozess im Vorfeld empfehlenswert.

Die Technologie macht den Unterschied

Aktuelle Chrom-Ersatzverfahren sind erprobt und produzieren zuverlässig Ergebnisse in Serie. Der Unterschied liegt, wie so oft, im Detail.

Das Verfahren Physical Vapour Deposition (PVD) kann gleichermaßen für funktionelle und optische Anwendungen eingesetzt werden. Mittels PVD können Kunststoffteile Reach-konform und emissionsfrei metallisiert werden. In einer Vakuumkammer werden durch Ionenbeschuss aus einem Target metallische Partikel gelöst und als hauchdünne, reine Metallschicht untrennbar auf den Oberflächen abgeschieden. Das Resultat entspricht haptisch und optisch nahezu dem Ergebnis einer klassischen Galvanisierung. PVD eignet sich für die meisten gängigen Kunststoffsorten.
Durch das Abscheiden unterschiedlicher Schichtaufbauten und -materialien werden mit dieser Technologie hochglänzende oder seidenmatte Zierelemente wie beispielsweise Rahmen, Leisten und sonstige Dekoreinlagen für den Fahrzeuginnenraum hergestellt. Ein entsprechender Schutzlack sorgt dafür, dass Bedienelemente wie Tasten, Sensorflächen und Griffe langlebig und kratzunempfindlich im Einsatz sind. Das Ergebnis eines im PVD-Verfahren metallisierten Bauteils hängt stark von der richtigen Kombination aus Lack- und Metallschicht ab und erfordert auf Seiten des Veredlers viel Know-how und Erfahrung. Das PVD-Verfahren bietet echten Metalllook, großen Funktionsumfang und ein sehr breites Anwendungsspektrum zu einem sehr guten Preis-/Leistungsverhältnis.

Der Funkschlüssel ist ein Beispiel für komplexe Projektparameter. Es gilt hohe Anforderungen an Kratz- und Abriebbeständigkeit zu erfüllen und gleichzeitig muss die Leitfähigkeit präzise eingestellt sein, um den Funk nicht zu stören. Das mit Echtmetall im PVD-Prozess beschichtete Bauteil ist in unterschiedlichen Farben produzierbar.

Eine Alternative zum PVD-Verfahren ist für seidenmatte Oberflächen das Lackieren mit Chromeffektlacken. Das Ergebnis hängt dabei stark von der Anzahl der applizierten Schichten ab (1 bis 3). Die Drei-Schicht-Variante ist dabei aus Aufwands- und Kostensicht mit der PVD-Technologie vergleichbar. Das Bauteil wird zuerst mit einem Grundlack versehen, wodurch die Oberfläche glatter wird. Dies ermöglicht den metallischen Flakes, die aus zerkleinerten PVD-Schichten stammen und in die Lackmatrix eingebettet sind, sich parallel zur Oberfläche auszurichten. Auf diese Weise erhält das Bauteil den metallischen Glanz. Anschließend wird ein Decklack aufgetragen, der die dünne Farbschicht schützt. Das Verfahren eignet sich für fast alle Materialien, ist allerdings beschränkt auf matte Oberflächen.

Ohne Schutzlack unter Glas

Das thermische Verdampfen mit Aluminium zählt im erweiterten Sinn zu den PVD-Verfahren. Bei diesem Verfahren wird das Target nicht mit Ionen beschossen, sondern durch elektrische Energie das Metall verdampft. Es besitzt im Vergleich zu dem oben vorgestellten PVD-Verfahren einige Einschränkung und eignet sich daher zur Metallisierung von weniger anspruchsvollen Oberflächen, wie sie zum Beispiel bei Reflektoren von Fahrzeugleuchten zu finden sind.
Beim Thermischen Verdampfen mit Aluminium ist der Farbton durch das verwendete Metall vorgegeben und kann nicht verändert werden. Aufgrund der Kratzempfindlichkeit sind so veredelte Bauteile nicht geeignet für Bedienelemente oder Oberflächen, die strapaziert werden.

Ähnliches gilt für die Beschichtung im Superchrome-PVD-Coating-Verfahren. Auch diese Bauteile können nicht überall im Fahrzeug zum Einsatz kommen, da die Oberflächen kratzanfällig sind. Das Superchrome-PVD-Coating-Verfahren besteht aus zwei Schichten: Zuerst werden die Teile mit einem harten UV-Lack überzogen und anschließend mit einer PVD-Schicht metallisiert. Da die hochglänzenden Teile bei dieser Technologie nicht mit einem Schutzlack versehen werden, sind sie im Sinne der Automobilspezifikationen nicht kratz- und abriebbeständig. Sie werden deshalb überwiegend unter Komponenten aus Glas oder Kunststoff wie zum Beispiel Schweinwerfern verbaut.

Folie als Trägermaterial

Folientechniken wie das In-Mould-Labeling (IML) oder die In-Mould-Decoration (IMD) erzeugen robuste Oberflächen auf Kunststoffteilen. Beim IML wird im ersten Schritt eine Folie mit Chromfarbe beschichtet und entsprechend vorgeformt. Im Spritzgießwerkzeug wird die Folie dann mit Kunststoff hinterspritzt. Folie und Zierteil verbinden sich so miteinander.
Bei der IMD wird eine mit elementarem Chrom und schützendem Klarlack behandelte Folie in einer leeren Spritzgussform befestigt. Beim Füllen der Form wird die Schicht auf die Oberfläche des Kunststoffformteils übertragen. Nach dem Entformen wird die Schutzfolie abgezogen und entsorgt. Für jeden Schuss wird eine neue Folie benötigt.
Durch das mehrstufige Verfahren sind sowohl matte als auch glänzende Oberflächen sowie eine Vielzahl an Farbvarianten möglich. Die zahlreichen Fertigungsschritte machen das Verfahren aufwendig und kostenintensiv. Es eignet sich für hohe Stückzahlen mit Einschränkungen in der Bauteilgeometrie.

Auf die Farbe kommt es an

Metallisierte Embleme auf Lenkrädern stellten lange Zeit ein Sicherheitsrisiko dar. Um der Splittergefahr zu entgehen, werden diese nun mit einer hauchdünnen Metallschicht versehen. Die PVD-Technologie ermöglicht zusätzlich neue Designs, wie beispielsweise Multi Color oder Glanz-Matt-Effekte.

Besonders im Automotive-Bereich sind Farbtöne und Glanzgrade herstellerspezifisch vorgegeben und kritisch für den authentischen Transport der Markenwirkung. Auch andere Branchen schätzen die Möglichkeiten, einen Metall-Farbton genau passend zur Anwendung zu entwickeln. Dementsprechend gibt oftmals schon die Farbvorgabe den weiteren Weg zur Metallisierung vor, da nicht jede Farbe mit jedem Prozess abbildbar ist.

Ein breites Farbspektrum bietet der PVD-Prozess. Was sich im ersten Moment einfach anhört, benötigt viel Erfahrung und stellt Oberflächenveredler immer wieder vor Herausforderungen. Nur durch die gezielte Abstimmung von Timing, Prozessgasen und den verwendeten Metallpartikeln kann der gewünschte Farbton erreicht werden. Im direkten Zusammenspiel zwischen Fahrzeugherstellern und PVD-Veredlern werden mit den entsprechenden Designabteilungen gemeinsam neue Farbreferenzen generiert.

Funktion oder Optik bestimmen das Verfahren

Viele unterschiedliche Verfahren für die Metallisierung von Kunststoffteilen bringen neue Möglichkeiten, intelligente Funktionen zu integrieren. Deswegen ist die Frage nach gewünschter Funktion oder Optik des Bauteiles früh zu klären, damit später das richtige Verfahren verwendet wird. Sowohl auf dekorativer und informationeller Ebene, etwa bei der Hinterleuchtung, als auch auf funktioneller Ebene, zum Beispiel bei der Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit von Autoschlüsseln.

Einen wesentlichen Einfluss auf die Gewährleistung der Wunschfunktionen und -eigenschaften des späteren Bauteils hat die Wahl der richtigen Technik. Die Technologiewahl muss deshalb schon früh im Projekt berücksichtigt werden, um alle geplanten Parameter einzuhalten und das volle Potenzial einer Idee auszuschöpfen. Moderne Beschichter wie Silcos, Reutlingen, sind nicht mehr nur Lohnbeschichter, sondern schon früh als Technologiepartner beratend in der Projektumsetzung aktiv.

Die beste Lösung für ein Bauteil liegt oft in der Kombination unterschiedlicher Technologien, die wiederum gut aufeinander abgestimmt sein müssen. „Hier ist es einfach essenziell, auch technologisch breit aufgestellt zu sein“, so Manfred Fuchs, Geschäftsführer Silcos. „Wir setzen deswegen auf eine vollständige Technologie-, Produktions- und Wertschöpfungskette: Vom Formenbau, über den Spritzguss, Druck, Lackierung, PVD-Metallisierung, Laserbeschriftung und weitere, teils selektive Beschichtungen.“

Bei diesen vergleichsweise neuen Verfahren war Silcos einer der Vorreiter und verfügt über einen großen Erfahrungsschatz in unterschiedlichsten Projekten. In der Serienfertigung befinden sich im Bereich Dekoration und Information beispielsweise Schliffoptiken im Kunststoff, die für einen räumlichen Tiefeneffekt metallisiert und bedruckt werden, sowie partiell durchleuchtbare metallisierte Bauteile oder auch filigrane Strukturen. In nicht leitfähige, metallische Dekorationen von kapazitiven Sensorflächen lassen sich Schaltfunktionen integrieren. Ebenso werden metallisierte Oberflächen mit Verschwindeeffekt, Black Panel oder Secret Til Lit versehen und die Funktionsfläche nur bei Bedarf sichtbar. Weiterhin integriert das Unternehmen Ambientenbeleuchtung in Zierteile oder versieht Autoschlüssel partiell mit einer funktionellen Beschichtung, wie unter anderem einstellbarer Leitfähigkeit.

Aufgabenstellungen in dieser Komplexität lassen sich nur dann lösen, wenn jeder einzelne Produktionsschritt perfekt abgestimmt ist und auch die übrigen Parameter, wie zum Beispiel die umsetzbare Bauteilgröße, eingehalten werden. Umso wichtiger ist eine enge Zusammenarbeit aller Projektpartner, um geeignete Lösungen für neue Ideen zu finden.

Die Rahmenbedingungen

Metalleffekte auf flexiblen Bauteilen, wie Bedienmembranen oder Emblemen, ermöglichen zusätzliche Gestaltungsoptionen. Diese sind insbesondere in der rauen Umgebung von Nutzfahrzeugen sinnvoll.

Bei den zur berücksichtigenden Rahmenbedingungen steht auf der einen Seite das Ausgangsbauteil, welches veredelt wird. Hier geben Geometrie, Maße und das verwendete Material vor, welche Verfahren überhaupt in Frage kommen. Ob ABS, Polycarbonat, Polyamide, weiche Materialien wie TPE und Silikon oder eine Kombination aus unterschiedlichen Materialien: Die heutzutage verwendeten Werkstoffe sind vielfältig und benötigen unterschiedliche Techniken für eine dauerhafte und hochwertige Oberflächenbeschichtung.

Auf der anderen Seite stehen die Rahmenbedingungen der späteren Anwendung. Hier sind Parameter wie Temperaturbereich, Abrieb- und Kratzbeständigkeit sowie die Beständigkeit einer Oberfläche gegenüber Chemikalien oder UV-Licht maßgeblich. Auch die elektrische Leitfähigkeit ist, gerade bei der Anwendung von metallisierten Oberflächen wie, zum Beispiel bei Funkschlüsseln, ein wichtiges Thema. Für die Metallisierung von Emblemen auf Airbag-Abdeckungen ist es essentiell, dass die Beschichtung absolut splitterfrei ist. Dies ist bei den genannten Verfahren gegeben. Die Rahmenbedingungen sind so unterschiedlich wie die Projekte.

Natürlich spielen auch Umweltanforderungen wie Reach-Konformität oder die Nickelfreiheit von Metallisierungen eine immer wichtigere Rolle.

Optimale Projektumsetzung

Für einen reibungslosen Ablauf haben sich Oberflächenbeschichter wie Silcos an die Anforderungen einer agilen Entwicklung angepasst. Prototypen können auf Basis bestehender Bauteile jederzeit flexibel als Machbarkeitsstudien mit neuen Oberflächen versehen werden. Damit lässt sich schnell das passende Verfahren finden und bei Bedarf neue Abläufe entwickeln, um spezifische Vorgaben zu erfüllen.

Aufgrund der gestiegenen Anzahl an Innovationen und Möglichkeiten empfiehlt es sich die Verfahrens- und Methodenkompetenz der Oberflächenbeschichter schon in der Design- und Konzeptionsphase in Anspruch zu nehmen. Dadurch ist sichergestellt, dass aus den vielen zur Verfügung stehenden Techniken die zum Produkt passende gewählt und optimal ausgelegt wird.

Bei der Serienfertigung können Komplett-Lösungsanbieter die Wertschöpfungskette reduzieren und damit Risiken minimieren. Die Durchführung vieler einzelner Produktionsschritte im selben Haus gewährleistet Zuverlässigkeit und Sicherheit für den Abnehmer.

Auch wenn es sich bei den Chrom-Ersatzverfahren um eine vergleichsweise neue Technik handelt: Die Serienfertigung funktioniert zuverlässig, ist vielfach erprobt und problemlos einsetzbar. Die Qualität wird durch die branchenüblichen Bauteilqualifizierungen sichergestellt.

Kontakt

Silcos, Reutlingen

sales@silcos.com

Fakuma: Halle A4 Stand 4312