Mit Laser schonend haftfeste Oberflächen erzeugen

Funktionale Oberflächen und Schichten
26.02.2019
Erstellt von LPKF Laser & Electronics AG und Photonik Forschung Deutschland

Laser statt Chemie: Das BMBF-Projekt LAMINA hat ein neues Verfahren erforscht, mit dem Kunststoffe für eine spätere haftfeste Metallisierung aufgeraut werden können. Gegenüber der gängigen Methode unter Einsatz von Chromschwefelsäure bringt der innovative Ansatz Vorteile hinsichtlich Sicherheit und Gesundheit bei der Herstellung sowie Umweltschutz mit.

metallisierte Oberfläche mit Schriftzug
Mit dem entwickelten Laserverfahren strukturierter Schriftstempel. Bild: LPKF Laser & Electronics AG

Spritzguss mit mikrostrukturierten Werkzeug erzeugt haftfeste Oberflächen ohne Chemie

Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt LAMINA hat einen innovativen Ansatz untersucht, der den Einsatz von Chromschwefelsäure überflüssig machen kann: Anstatt jedes einzelne Kunststoffbauteil mit einer hochgiftigen Chemie zu behandeln, um die notwendige Oberflächenrauheit zu erzeugen, wird das Spritzgusswerkzeug einmal mit Laserpulsen vorbehandelt. Die Strukturen werden im Spritzguss auf das Kunststoffteil übertragen, wodurch die für die nachträgliche Metallisierung erforderliche Mikrorauheit erzeugt wird. Anschließend kann das Kunststoffteil mit angepassten chemischen Verfahren ohne Chromschwefelsäure metallisiert werden.

Verfahren ermöglicht gezielte Metallisierung ausgewählter Oberflächen

Die größte Hürde in der Realisierung des Ansatzes liegt in den ästhetischen Ansprüchen der Zielmärkte: Die Mikrorauheit darf nur zur Haftfestigkeit der Metallschicht dienen, diese aber nicht rau erscheinen lassen, damit sich hochglänzende Oberflächen ergeben. Dabei haben die Projektpartner herausgefunden, dass eine ausreichende Haftfestigkeit nur mit großer Oberflächenrauheit erreicht werden kann – diese sich aber nicht ausreichend einebnen lässt, um hochglänzende Oberflächen herzustellen.

Stattdessen ist es aber möglich, die Metallschicht nur an ausgewählten Oberflächen zu erzeugen, was in einer vollflächig angreifenden Chromschwefelbeize nur mit großem Aufwand möglich ist. Daher kann das LAMINA-Verfahren auch für andere Anwendungen als die dekorative Metallisierung eingesetzt werden, beispielsweise für die Erzeugung von dreidimensionalen Probekörpern.

Neben den großen ökologischen und sicherheitstechnischen Vorteilen sollten sich auch ökonomische Vorteile ergeben. Es ist jedoch damit zu rechnen, dass mit dem LAMINA-Verfahren hergestellte Bauteile zunächst teurer als konventionell produzierte metallisierte Kunststoffteile würden. Zum einen erfordert das LAMINA-Verfahren die Anschaffung zusätzlicher Anlagentechnik, zum anderen ist die Chromschwefelsäurebeize ein weit verbreitetes und standardisiertes Verfahren. Solange diese Methode nicht durchgehend verboten ist, ist eine Verbreitung der Lasermikrostrukturierung von Spritzgusswerkzeugen schwierig.

Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützte das Projekt LAMINA vom 1. August 2014 bis 31. Oktober 2017 im Rahmen der Fördermaßnahme „Die Basis der Photonik: funktionale Oberflächen und Schichten“. Das Projektvolumen betrug zwei Millionen Euro.

Weitere Informationen

Kurzvorstellung des Projekts LAMINA
Fördermaßnahme "Die Basis der Photonik: funktionale Oberflächen und Schichten"