Nanostrukturierte Gusswerkzeuge für Kunststoffe

Kunststoffbauteile werden oft durch Spritzgießen hergestellt, ein gängiges, kostengünstiges und durchsatzstarkes Verfahren. Zudem kommen verschiedene chemische Techniken zum Einsatz, um die Oberfläche der Teile mit mikro- und nanostrukturierten Mustern zu versehen. Mit EU-Unterstützung des Projekts PLAST4FUTURE entwickeln Wissenschaftler derzeit ein Verfahren auf Grundlage der Nanoprägelithografie, um Freiformoberflächen von Spritzgusswerkzeugen und Werkzeugeinsätzen zu strukturieren.

Die Nanoprägelithografie ist ein Verfahren, mit dem Muster durch mechanische Umformung erzeugt werden. Durch Formen und Spritzwerkzeuge mit strukturierten Oberflächen wird der Herstellungsvorgang stark vereinfacht. Des Weiteren wird die Kontamination des Rohmaterials mit Zusatzstoffen wir Pigmenten minimiert, was die Wiederverwertbarkeit erhöht und so die zur Herstellung des Rohmaterials erforderliche Energie stark senkt. Die Industriepartner von PLAST4FUTURE sind führend auf ihren jeweiligen Gebieten. Drei hochentwickelte Demonstrationssysteme für Anwendungen in der Automobil- und Beleuchtungsindustrie sowie für funktionelle Spielzeugfarbe sollen die Technologie veranschaulichen.

Während des ersten Berichtszeitraums erarbeitete das Team die genauen technischen Spezifikationen der Demonstrationsstücke. Zudem haben die Wissenschaftler alle Teile definiert, die für die Herstellung der Demonstratoren erforderlich sind. Durch den gesamten Prozessablauf für die Strukturierung der Spritzwerkzeuge und Werkzeugeinsätze per Nanoprägelithografie wird sichergestellt, dass die Werkzeuge die Demonstrationsstücke herstellen können.

In der Zwischenzeit entwickelten die Forscher einen neuen, für die Nanostrukturierung optimierten Werkzeugstahl. Ein neuartiges Oberflächenveredelungsverfahren für automatisierte robotische Politur wurde in die Fräsmaschine integriert. Der Roboterarm verfügt über ein eingebautes optisches Werkzeug, um während der Verarbeitung die Oberflächenrauheit zu messen. Sämtliche Stationen der PLAST4FUTURE-Produktionskette wurden mit einer Lebenszyklusanalyse auf ihre Auswirkungen auf die Umwelt hin untersucht.

Die Technologie wird eine Fourier-Transform-Infrarot-Kennzeichnung (FTIR-Fingerabdruck) auftragen, sodass im Falle eines Produktrückrufs Chargen mittels FTIR-Spektroskopie ermittelt werden können. Das Team begann mit der vergleichenden Leistungsbewertung der Demonstrationsstücke und entwickelte neue Spritzgusswerkzeuge und -einsätze, um neuartige Strukturen zu erreichen, welche die Lichtausbreitung verändern.

Die Mitglieder von PLAST4FUTURE wollen eine Fertigungskette erstellen, um hochwertige Kunststoffprodukte mit funktioneller Oberfläche mit kostengünstigen Spritzgussverfahren herzustellen. Die Technologie wird die Fertigung nanostrukturierter Kunststoffbauteile für eine Vielzahl von Branchen stark vereinfachen und der EU einen großen Anteil des wachsenden globalen Marktes sichern.