Innovativer Direktauftrag von Pulverlacken in Spritzgießwerkzeugen zur Effizienzsteigerung und der Erzeugung neuer Materialeigenschaften
Das Lackieren ist eines der am weitesten verbreiteten Verfahren, um Kunststoffformteile nachträglich zu veredeln. Durch eine entsprechende Lackierung kann eine individuelle Farbgebung, ein hoher Glanzgrat und eine gute Farbbrillanz gewährleistet werden. Außerdem lassen sich durch eine Lackierung Produktionsschäden überdecken und die materialbedingten Oberflächeneigenschaften verbessen. Die Material- bzw. Bauteileigenschaften können zudem durch eine Lackierung geändert werden. Die Abstimmung des richtigen Lacksystems auf das jeweilige Kunststoffmaterial sowie eine genaue Prozessführung und die Wahl des richtigen Lackierverfahrens sind dabei entscheidend für die Qualität des Endproduktes.
Das Pulverlackieren bietet gegenüber dem konventionellen Lackieren einige Vorteile. In der heutigen Zeit werden neben den Produkt- und Herstellungskosten auch zunehmend die Nachhaltigkeit und Umweltverträglichkeit eines Produkts durch den Konsumenten wie auch durch den Produzenten hinterfragt. Die Umweltverträglichkeit ist aufgrund der in konventionellen Lacksystemen enthaltenen Lösungsmittel oft nur unzureichend gegeben. Auch sogenannte lösungsmittelfreie Lacke beinhalten häufig noch zwischen 15% - 20% Lösungsmittel. Pulverlacke dagegen sind lösungsmittel- und nahezu emissionsfreie Lacksysteme. Durch die Möglichkeit, vagabundierende Lackpartikel wiederzugewinnen, gilt die Pulverlackierung als besonders abfallarm. Neben der unzureichenden Umweltverträglichkeit sind vor allem die spezifischen Handlings- und Verpackungsschritte, die bei einer konventionellen Lackierung notwendig sind, als großer Nachteil der am Markt etablierten Lackierverfahren für Kunststoffbauteile zu nennen. Oft werden die zu lackierenden Bauteile bei einem externen Lackierbetrieb beschichtet, wodurch weitere Transport-, Lager- und Bearbeitungskosten entstehen.
Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist es daher, durch die Weiterentwicklung bestehender Pulverlacksysteme gepaart mit einer innovativen Verfahrenstechnik des Direktlackierens im Spritzgießwerkzeug verbesserte, aber zudem kostengünstige neue Materialeigenschaften zu generieren. Dadurch sollen eine kostengünstige und ökologische Beschichtung von Kunststoffspritzgießbauteilen ermöglicht und aufgrund der neuen Materialeigenschaften weitere Märkte erschlossen werden.
Um diese Direktlackierung zu ermöglichen, soll an der Kunststofftechnik Paderborn ein in-situ Beschichtungsverfahren für den Spritzgießprozess entwickelt werden, bei dem der Pulverlack direkt im Werkzeug bei der Formgebung appliziert werden kann. Abbildung 1 zeigt den schematischen Verfahrensablauf des in-situ Beschichtungsverfahrens.
Bei der Entwicklung dieser Verfahrenstechnik müssen neben der spritzgussgerechten Auslegung der Formteile auch die Gestaltung eines entsprechenden Werkzeugmechanismus, die prozessgerechte Auswahl von Materialien sowie die Auslegung und Gestaltung der Prozessparameter im Vorhaben realisiert werden.
Die technischen und wissenschaftlichen Aufgaben bestehen vor allem in der Anpassung und Adaptierung der Beschichtungstechnik sowie des Pulverlacks für den Einsatz im Spritzgießverfahren. Bei der Entwicklung, Konstruktion und Herstellung eines geeigneten Spritzgießwerkzeugs spielt neben der Auslegung der Formteile auch die Gestaltung eines entsprechenden Werkzeugmechanismus eine bedeutende Rolle im Projektvorhaben. Darüber hinaus nehmen das Erlangen eines umfassenden Prozessverständnisses und die Optimierung der benötigten Verfahrensparameter einen hohen Stellenwert im Forschungsprojekt ein.
Die Bearbeitung des Projekts erfolgt in Zusammenarbeit mit den Kooperationspartnern Kunststofftechnik Backhaus GmbH und Ulrich Oelfke Formenbau GmbH & Co. KG. Bei der Aufgabenteilung werden die jeweiligen Expertisen der Kooperationspartner zur Komplementierung der spezifischen Fähigkeiten und zur gemeinschaftlichen Realisierung des Vorhabens genutzt.
Dieses Vorhaben wird aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.