Laserstrukturierter Formeinsatz für das Kunststoffspritzgießen von Bauteilen zur Innenausstattung von Mittelklassewagen
Fraunhofer IPT
Forscher am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) haben zusammen mit Partnern aus der Industrie im Projekt Scan-4-Surf eine neue Art der Lasermikrostrukturierung entwickelt, bei der die Produktion in einem einzigen Arbeitsgang gesteuert und gleichzeitig kontrolliert werden kann.
Lenkräder in Mittelklassewagen weisen oftmals eine geprägte Struktur auf, die an Leder erinnert. Eine solche Prägung herzustellen, erfordert derzeit noch mehrere Arbeitsschritte. "Bisher werden Mikrostrukturen mit Formwerkzeugen erzeugt oder geätzt", erklärt Guilherme Mallmann, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Produktionsmesstechnik am Fraunhofer-IPT in Aachen. Mit dem Laser sollen nun in nur einem Arbeitsgang Oberflächen behandelt, Fehler festgestellt und sofort korrigiert werden können.
Inline-Messsystem überwacht Bauteile
In einem modular aufgebauten hochauflösenden Inline-Messsystem sollen die Bauteile vor, während und nach der Mikrostrukturierung überwacht werden können. Basis ist ein optischer Sensor für die berührungslose Abstandsmessung. Eine opto-elektronische Auswerteeinheit nimmt nach Angaben der Fraunhofer-Experten das Mess- beziehungsweise Interferenzsignal im spektralen Bereich auf. Der Messstrahl nutzt hierbei denselben Strahlengang, der zur Oberflächenstrukturierung dient, so die Experten weiter. Die Forscher setzen hier auf kurzkohärente Interferiometrie. "Wenn Sie einen Stein in einen See werfen, bilden sich Wellen an der Stelle, an der der Stein die Wasseroberfläche durchdringt. Fallen mehrere Steine gleichzeitig ins Wasser, überlagern sich die Wellen, die sich ausbreiten. Auf ähnliche Weise – allerdings mit Lichtwellen - arbeitet unsere Technik. Hier bewegt sich der Messstrahl zur Bauteiloberfläche. Das zu bearbeitende Objekt reflektiert den Messstrahl und wir messen damit den absoluten Abstand zum Bauteil“, erläutert Mallmann. Kamera und Auswerteeinheit sind nach Angaben der Wissenschaftler in einer Box untergebracht, die etwa die Größe eines kleinen PCs hat. Die Kamera ist mit einem Rechner verbunden, der die ermittelten Daten verarbeitet und bei Fehlern sofort eingreife. Das soll eine Qualitätskontrolle während der Produktion bei einer gleichzeitigen CAx-gestützen Regelung des Prozesses in Echtzeit ermöglichen. "Treten Fehler bei der Bearbeitung auf, werden sie bisher erst am Ende erkannt. Wenn jetzt die Strukturierung der Oberfläche an einigen Stellen zu gering oder zu stark ist, etwa weil sich während des Prozesses die Temperatur ändert oder äußere Einflüsse von anderen Maschinen die Genauigkeit stören, wird sofort nachjustiert", veranschaulicht Mallmann das entwickelte Verfahren.
Das System könne problemlos in bereits bestehenden Produktionsanlagen nachgerüstet werden. Mögliche Anwendungen seien die automatische Bauteilpositionierung und -einmessung, die automatische Prozessinitialisierung, Adaptive Fertigung und In-situ Qualitätssicherung, Reparaturprozesse in der Feinwerkmechanik, Elektronik-, Medizin- und Automobiltechnik sowie im Werkzeugbau.
Auf der Messe Laser - World of Photonics (13. bis 16. Mai 2013) in München zeigen die Fraunhofer-Forscher einen Prototypen des Systems.