Kunststoffverkleidungen im Pkw werden heute mit verschiedenen Verfahren innerhalb weniger Minuten geprägt. Zeitaufwändig ist allerdings die Herstellung der dazugehörigen Werkzeuge. Eine neue Lasermaschine erreicht den dreifachen Durchsatz bei noch feineren Strukturen.
Je feiner die Textur der Kunststoffoberflächen im Inneren eines Autos ist, umso näher kommt sie der Anmutung von Leder oder anderen hochwertigen Materialien. Ein Zulieferer braucht nur wenige Minuten für so eine Oberfläche. Die Herstellung der dazugehörigen Metallwerkzeuge dauert dagegen wesentlich länger, üblich sind bis zu vier Wochen allein für die Strukturerzeugung. Die dreidimensionale Texturierung wird entweder in dutzenden Einzelschritten geätzt oder durch einen Laserprozess mit Abtragraten im Bereich von etwa 1 mm³/min erreicht. Fünf Firmen und drei Forschungseinrichtungen haben sich im Forschungsvorhaben "eVerest" zusammengeschlossen, um die Technologie für das Laserstrukturieren mit Auflösungen im Mikrometerbereich von Grund auf zu verbessern. "Es ging uns darum, die Prozesse deutlich zu beschleunigen und dabei noch eine höhere Qualität der Texturierung zu erreichen", fasst Andreas Brenner vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT die Projektziele zusammen.
Weniger Totzeiten am Scanner und mehr Leistung aus dem UKP-Laser
Für die Optimierung der Prozesse wurden alle Komponenten auf ihre Effizienz untersucht. Ein großer Fortschritt kam durch die Reduzierung von Totzeiten in den Scannerpfaden. Mit der innovativen Scannertechnologie von Scanlab konnte eine Verdreifachung des Durchsatzes erreicht werden. Zudem wurde zusätzlich zum normalen Nanosekunden-Laser ein besonders leistungsstarker Laser mit ultrakurzen Pulsen (UKP) integriert. So konnte die Oberflächenrauheit auf unter 0,5 µm reduziert werden.
Die einzelnen Komponenten wurden in eine Maschine basierend auf der Lasertec 125 von DMG Mori integriert. Dabei standen zwei Anforderungen im Vordergrund: Zum einen sollte die Maschine einfach und ohne spezielle Technologie-Kenntnisse bedienbar sein. Zum anderen sollte die Zahl der Prozesse möglichst noch reduziert werden. Die Einfachheit der Prozesse ist ein wesentliches Argument gegenüber dem Ätzverfahren, wo es oft noch auf das Fingerspitzengefühl des Bearbeiters ankommt. Für die einfache Bedienung der voll automatisierbaren 8-Achs-Maschine spielt die Software eine große Rolle. Das Team der RWTH Aachen entwickelte spezielle Tools, mit denen die gewünschten Strukturen auf den Oberflächen genau simuliert und ihre Anmutung in Echtzeit visualisiert werden können.
Schnelles Laserstrukturieren für viele Anwendungen
Das Verfahren als solches wird jetzt mit Partnern bei Volkswagen erprobt, die Anwendungsfelder der Kerntechnologie gehen jedoch weit über die Automobilbranche hinaus. Egal ob es um Prägewalzen für die Druckindustrie geht oder um Großlager für die Rotorwellen in Windkraftanlagen – strukturierte und funktionale Oberflächen sind in verschiedensten Bereichen gefragt. "Im Kern steht dabei immer ein detailliertes Prozessverständnis. Dazu kommt dann die Anpassung der Prozesstechnik und eine übergreifende Steuerungssoftware", beschreibt Brenner den Ansatz des Projektteams.