Translucent-Technologie vereint Polymere und automobiles Lichtdesign

Die präzise maschinelle Laser-Bearbeitung von Kunststoffen ist eine Herausforderung, da es sich um hoch schwankungsanfällige Bauteile handelt. Die Business Unit Laser Processing von Jenoptik hat eine Lösung entwickelt, um Lack mittels Laser von Kunststoffoberflächen passgenau abzutragen. Diese Technologie ermöglicht den Trend zum Lichtdesign in der Automobilindustrie. Zusätzlich zu den hohen Anforderungen an den Laserprozess erfordert dieser Zukunftsmarkt neu entwickelte, transparente Kunststoffe mit nahezu unveränderten mechanischen Eigenschaften.

Die Automobilindustrie hat vor, die Liebe zum Auto wiederzuerwecken. Zu diesem Zweck gestalten die Automobilhersteller ihr Fahrzeugangebot optisch und emotional neu. Hierbei setzen sie auf Design sowie auf neuartige Antriebs- und Zukunftstechnologien. In dieser Kombination eröffnet sich der große Markt der Oberflächenhinterleuchtung, insbesondere für Elektrofahrzeuge. In vielen asiatischen Ländern sieht man die leuchtenden Bauteile schon auf der Straße, europäische und auch US-amerikanische OEMs müssen und möchten hier mithalten, um wettbewerbsfähig zu bleiben.

Die Oberflächenhinterleuchtung bietet jedoch nicht nur völlig neue Möglichkeiten für das Lichtdesign der neuen Fahrzeuggenerationen. Auch funktionales Lichtwie Blinker oder Tagfahrlicht lassen sich mithilfe der Hinterleuchtung umsetzen, sodass ein geschlossenes Frontpanel ohne die klassischen Lampen möglich wäre. Noch weitergedacht, vereinfacht die Hinterleuchtung die sogenannte Car-to-Pedestrian-Kommunikation für autonome Fahrzeuge. Das Auto kann Feedback an die Fußgänger mithilfe von Lichtsignalen auf seiner Oberfläche anzeigen. Auch für diese Anwendungen kann die Lasertechnologie der Jenscan Style von Jenoptik eingesetzt werden.

Oberflächenhinterleuchtung funktioniert, indem Lack von den Oberflächen transparenter Kunststoffe der Fahrzeugkarosserie in einem gewünschten Muster wieder entfernt wird, sodass von hinten Licht durchscheinen kann. Mit diesem Lichtdesign können unterschiedliche Formen und Farben gestalterisch umgesetzt werden. Die Laseranlage Jenscan Style fertigt diese, indem sie die Lackschichten gezielt von großformatigen dreidimensionalen Kunststoffbauteilen mithilfe des Lasers  abträgt.

Die Transluzent-Technologie erfordert eine Lichttransmission der Trägermaterialien von mehr als fünfzig Prozent. Das bedeutet für das herkömmliche Polypropylen (PP), dass es, beispielsweise durch die Reduktion von Rußpartikeln und anderen färbenden Bestandteilen, klarer werden muss. Durchsichtiges PP bringt ganz neue Anforderungen im internationalen Wettbewerb um das beste Substrat, auch bezüglich seiner anwendungsrelevanten thermischen und mechanischen Eigenschaften, mit sich. Im Zuge der Elektrifizierung des Straßenverkehrs werden zukünftig weitere Bauteile, die bisher noch aus Metall gefertigt werden, aus Kunststoff produziert werden. Ein Beispiel hierfür wären Heckklappen. Dies reduziert Gewicht, was für den elektrischen Antrieb relevant ist. Zugleich ermöglichen sie die Hinterleuchtung.

Ein typisches Bauteil ist ein Stoßfänger aus PP. Er ist groß, dreidimensional geformt und biegsam. Selten ist ein Bumper aus der seriellen Fertigung identisch mit dem originalen CAD-Modell, weil er sich in der Prozessabfolge seiner Herstellung und der weiteren Bearbeitung durch Verformung oder thermischen Einfluss verzieht, schrumpft oder anderweitig verändert. All diese Eigenschaften stellen eine Herausforderung für die maschinelle Bearbeitung solcher Bauteile dar. In der Business Unit Laser Processing von Jenoptik wurde dafür eine optische Lösung geschaffen, diese unterschiedlich angelieferten Bauteile mit einer einheitlichen Bearbeitung zu versehen. Nachfolgend einige Grundlagen zum Bearbeitungsablauf in der Jenscan-Style-Anlage:

In der Lacklinie werden die Bauteile aus einem transparenten Substrat mit lichtblockendem Primer versehen und in der gewünschten Farbe lackiert. Darauf folgt der Jenscan-Style-Prozess, in dem die Anlage das vorprogrammierte Muster aus dem Lack herausdampft, ihn also partiell abträgt. Dafür wird das Bauteil in der Anlage auf einer Vorrichtung fixiert, sodass es für den Bearbeitungskopf des Roboters aus jedem Winkel erreichbar ist. In dieser Vorrichtung wird es automatisiert vermessen. Die spezielle Herausforderung liegt darin, dass jedes Bauteil aufgrund seiner Abweichungen vom ursprünglichen Modell individuell bearbeitet werden muss. Die Bauteilschwankungen werden mit einer mehrstufigen Sensorik erfasst, die aus einem optischen Sensor und Kameras besteht. Digital kompensiert werden diese mithilfe von Anpassungsalgorithmen im Vergleich zur CAD-Referenz. Dabei wird das gewünschte Muster auf das individuelle Bauteil neu projiziert. Theorie und Realität werden quasi übereinandergelegt und aneinander angepasst.

Während des Laserabtrags nimmt der Roboter unterschiedliche Posen ein. In jeder Bearbeitungspose bewegt ein schneller 3D-Scanner den Laserstrahl über das Bauteil, um den Lack im gewünschten Muster abzutragen. Mit der optisch vermessenden Active-Stitch-Technologie von Jenoptik kann der Laser zwischen zwei Posen immer an der genau richtigen Stelle wieder ansetzen, sodass die Muster nahtlos ineinander übergehen. Das ermöglicht die präzise Bearbeitung der großen dreidimensionalen Bauteile. Im Ergebnis wurden auf den unterschiedlich geformten Bauteilen jeweils das präzise reproduzierte Muster erzeugt. Im Anschluss wird das Bauteil in der Lackstraße mit einem Klarlack überzogen, der die Höhenunterschiede innerhalb der Oberfläche ausgleicht und diese versiegelt. Im eingebauten Zustand ist von den Abweichungen der Herstellung dann nichts mehr zu sehen.

Die Laseranlage Jenscan Style von Jenoptik unterstützt die Automobilindustrie in ihrem Trend, Produktlinien mittels Lichtdesign zu differenzieren und zu klassifizieren, genauso wie die sicherheitsrelevante Kommunikati-on autonomer Fahrzeuge mit ihrer Umwelt. Sie bietet darüber hinaus die Möglichkeit, einen weiteren Trend umzusetzen – die sogenannte mass customization, also die Verknüpfung eines Massenprodukts mit einer anwenderspezifischen Individualisierung. Mithilfe der Jenscan Style können Bauteile in Serie mit jeweils unterschiedlichen Design-Mustern bearbeitet werden, sodass sie individuell gestaltet sind. Auch Modellanpassungen von Fahrzeugen könnten durch Lichtdesign ohne neue Spritzgussformen oder Werkzeuge für die Herstellung vorgenommen werden. Die Individualisierung oder Anpassung des Massenprodukts gelingt in ein und derselben Anlage. Perspektivisch könnte die Jenscan Style in die Lackstraße integriert werden und Bauteile direkt im Lackierskid bearbeiten, sodass das Bauteil nicht mehr ausgeschleust werden muss. Diese Integration wäre der letzte Schritt zur Vollautomatisierung des Produktionsprozesses von Bauteilen mit Lichtdesign.

Quelle: Jenoptik Automatisierungstechnik