Die Einspritzung von Metall in Kunststoff ermöglicht die Herstellung von Hybidbauteilen aus der Materialkombination Kunststoff/Metall in einem Arbeitsgang und verschafft neue konstruktive Möglichkeiten bei der Herstellung von elektrischen Bauteilen und Baugruppen. Die Gemeinnützige KIMW Forschungs GmbH (KIMW-F) hat jetzt ein entsprechendes Verfahren entwickelt.
Kostenvorteile durch die Direkteinspritzung von Metall
Im Vergleich zu den gängigen manuellen und teilautomatisierten Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen bringt die Metalldirekteinspritzung echte Kostenvorteile im Spritzgießprozess. Ausgangspunkt der Technologie bilden zwei Demonstratorbauteile, die die vielfältigen Vorteile des Metalldirekteinspritzens abbilden:
- Zum einen handelt es sich dabei um eine Folie mit einem integrierten kapazitiven Taster. Die Dekorfolie wird hinterspritzt und die Kontaktierung wird durch eingespritzte Leiterbahnen aus Metall ermöglicht.
- Bei der zweiten Demonstratorvariante lag der technische Fokus auf der Herstellung von verschiedenen Kontaktvarianten. In dem Kunststoffbauteil sind eine Reihe kleinerer Federstifte eingebracht worden, die eine Erprobung der physischen Verbindung ermöglichte.
- Alternativ wurden über unterschiedlich ausgeprägte Formen der Metallschmelze dreidimensionale Leiterbahnen produziert und über Leiterbahnen definierte Kontaktpunkte verknüpft und die Machbarkeit nachgewiesen.
- Die Komplexität des Verfahrens wird durch die physikalischen Eigenschaften der Metallschmelze bestimmt. So verfügt die Metallschmelze nur über eine sehr geringe Viskosität im Vergleich zur Kunststoffschmelze.
- Durch diese Technologie ist es nun grundsätzlich möglich, das Einbringen der Metallschmelze in das eigentliche Spritzgießverfahren zu implementieren.
Weiterentwicklung am Beispiel einer Antenne
Weiterentwickelt wurde das Verfahren in einem Folgeprojekt mit dem Titel „Metalldirekt Antenne“. Zielsetzung ist es, durch die Metalldirekteinspritzung eine Kommunikationsschnittstelle direkt in ein speziell dafür konzipiertes Demonstratorbauteil einzubringen. Das sollte am praxisrelevanten Beispiel einer Antenne abgebildet werden.
Neben den erwähnten Einflussfaktoren galt es zudem bereits in der Konstruktionsphase die sehr hohe Wärmeleitfähigkeit des Mediums auf die Systemumgebung zu berücksichtigen. Auch negative Faktoren, wie die Restfeuchtigkeit des verwendeten Kunststoffs oder physische Hindernisse in der späteren Einsatzumgebung mussten im Vorfeld bei der Auslegung der, für die freie Frequenz von 868 MHz ausgelegten, Antenne Berücksichtigung finden.
Experten an Bord
Für jedes Antennenmodell wird zuvor eine spezifische Konstruktion mit entsprechender Simulation und ein Modell entwickelt. Abschließend erfolgt dann jeweils die Vermessung. Aktuell wird das Antennen-Modell auf das Fertigungsverfahren und die notwendige Werkzeugtechnik abgestimmt. Unterstützt wird das KIMW-F durch die Fachhochschule Südwestfalen, die Hurst + Schröder GmbH, die Firma Funkstuhltechnik und den Präzisionsformenbau Gärtner GmbH.
Kurs auf Serienfertigung
Tom Figge, bisheriger Projektverantwortlicher bei der KIMW-F, zieht eine positive Bilanz der beiden Projekte, jeweils gefördert durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Rahmen des ZIM-Programms (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand). An deren Anfang stand das Projekt MediMold 1, das bereits im April 2018 abgeschlossen werden konnte. Der Ansatzpunkt in diesem Projekt war es, dass Metalldirekteinspritzen in Kombination mit Duro- und Thermoplasten zu erforschen. „Nächstes Ziel ist es“, so Figge, „hybride Bauteile in der Serienfertigung herstellen zu können.“
