Neue Freiheiten durch Metall-Direkteinspritzung

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Die Gemeinnützige KIMW Forschungs GmbH (KIMW-F) hat ein Verfahren für die Direkteinspritzung von Metall in Kunststoffbauteile entwickelt.

Neue konstruktive Freiheiten verschafft die Technologie der Direkteinspritzung von Metall für die Stromzuführung in Baugruppen sowie die Abführung von Wärme. Dies sind Rahmenbedingungen, die maßgeblichen Einfluss auf die Konstruktion und Produktion von Kunststoffkomponenten haben. Die Technik ermöglicht es, Hybridbauteile in einem Arbeitsgang herzustellen. Im Vergleich zu den gängigen manuellen und teilautomatisierten Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen bringt die Metalldirekteinspritzung echte Kostenvorteile im Spritzgießprozess.

Ausgangspunkt der Technologie bilden am KIMW-F 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.

Direkteinspritzung der Metallschmelze im Spritzgießverfahren

Somit ist es nun grundsätzlich möglich, das Einbringen der Metallschmelze in das eigentliche Spritzgießverfahren zu implementieren. 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 zum Beispiel 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.

Simulation für ein Antennenmodell

Für jedes Antennenmodell wird zuvor eine spezifische Konstruktion mit entsprechender Simulation und ein Modell entwickelt. Abschließend erfolgt dann jeweils die Vermessung. Aktuell wird das Antennenmodell auf das Fertigungsverfahren und die notwendige Werkzeugtechnik abgestimmt. Unterstützt wird das KIMW-F von der Fachhochschule Südwestfalen sowie den Unternehmen Hurst + Schröder (Systemanbieter von Bedien- und Funktionselementen), Funkstuhltechnik (Elektronik-Berater) und Präzisionsformenbau Gärtner.

Tom Figge, bisheriger Projektverantwortlicher bei der KIMW-F, zieht eine positive Bilanz der beiden Projekte, die durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert wurden. 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. Figge: „Nächstes Ziel ist es, hybride Bauteile in der Serienfertigung herstellen zu können.“

sk

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