Bedienelement: Durch das PVD-Verfahren ergeben sich für kleine Zierelemente vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel das Tag- und Nacht Design mit integrierter Beleuchtung. Hierbei sind bei Dunkelheit nur die freigelaserten Symbole sichtbar.

Geschlossene Bedienoberfläche: Metalleffekte auf flexiblen Bauteilen wie Bedienmembranen oder Emblemen ermöglichen zusätzliche Gestaltungsoptionen. Diese sind insbesondere in der rauen Umgebung von Nutzfahrzeugen sinnvoll.

Lenkrademblem, lange Zeit ein Sicherheitsrisiko: metallisierte Bauteile auf Lenkrädern. Um der Splittergefahr zu entgehen, wird das Emblem nur mit einer hauchdünnen Metallschicht versehen. Die PVD-Technologie ermöglicht zusätzlich neue Designs wie Multi Color, Glanz-Matt-Effekte usw.

Kunststoffbauteile mit metallisierten Oberflächen

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Zier- und Funktionselemente im Metall-Look sind das Mittel der Wahl, um hochwertige Design-Akzente im Fahrzeuginnenraum zu setzen. Durch das Verbot von Chrom (VI) hat sich für viele Hersteller und Modullieferanten die Produktions- und Lieferkette verändert. Die neuen Chrom-Ersatzverfahren bringen aber auch viele neue Möglichkeiten für Industrie- und Automobil-Designer.

Aktuelle Designstudien zeigen: Auch zukünftig spielen metallische Oberflächen im Fahrzeuginnenraum eine bedeutende Rolle. Durch das Chrom(VI)-Verbot müssen Einkäufer und Entwickler von Herstellern und Zulieferern neue zuverlässige Partner für Produktionsketten mit Chrom-Ersatzverfahren finden, um nicht auf dekorative Metallisierungen zu verzichten.

Während bislang die Frage nach metallisierten Kunststoffteilen einfach mit «Galvanisierung» zu beantworten war, gibt es bei den neuen Verfahren eine deutlich grössere Bandbreite an Funktionalität und Kostenintensität. Welches Verfahren am besten für ein Bauteil geeignet ist, muss deshalb bereits früh im Projekt mit entsprechend kompetenten Partnern besprochen werden. Nur so lassen sich die Vorteile der neuen Verfahren auch voll ausschöpfen. Um ein Projekt erfolgreich durchzuführen, ist ein mehrstufiger Entscheidungsprozess im Vorfeld empfehlenswert.

Die Technologie macht den Unterschied

Zunächst die wichtigste Erkenntnis: Aktuelle Chrom-Ersatzverfahren sind erprobt und produzieren schon heute zuverlässig Ergebnisse in Serie. Der Unterschied liegt – wie so oft – im Detail.

Das PVD-Verfahren (Physical Vapour Deposition) besticht durch die Bandbreite seiner funktionellen und optischen Anwendungen. Mittels PVD lassen sich Kunststoffteile REACH-konform und emissionsfrei metallisieren. Dabei werden im Vakuum durch Ionenbeschuss gelöste Partikel als hauchdünne Schicht aus reinem Metall untrennbar auf eine Oberfläche aufgebracht. Das Resultat entspricht haptisch und optisch nahezu dem Ergebnis einer klassischen Galvanisierung. PVD eignet sich für die meisten gängigen Kunststoffsorten.

Durch unterschiedliche Schichten lassen sich mit dem PVD-Verfahren hochglänzende oder seidenmatte Zierelemente wie beispielsweise Rahmen, Leisten und sonstige Dekoreinlagen für den Fahrzeuginnenraum herstellen. Mit dem entsprechenden Schutzlack können auch Bedienelemente wie Tasten, Sensorflächen und Griffe langlebig und kratzunempfindlich beschichtet werden. Das Ergebnis eines im PVD-Verfahren metallisierten Bauteils hängt stark von der richtigen Kombination aus Lack- und Metallschicht ab und erfordert aufseiten des Veredlers viel Know-how und Erfahrung.
Anwendung: Das PVD-Verfahren bietet echten Metall-Look, grossen Funktionsumfang und ein sehr breites Anwendungsspektrum zu einem sehr guten Preis-Leistungs-Verhältnis.

Eine Alternative zum PVD-Verfahren für seidenmatte Oberflächen ist das Lackieren mit Chromeffektlacken. Das Ergebnis hängt dabei stark von der Anzahl der Schichten ab (1–3). Die Drei-Schicht-Variante ist dabei aus Aufwands- und Kostensicht mit der PVD-Technologie vergleichbar. Das Bauteil wird zuerst mit einem Grundlack versehen, wodurch es glatter wird. Im zweiten Schritt folgt dann die farbgebende Zwischenschicht, die auf PVD-Partikeln basiert. Sie verleiht dem Bauteil den metallischen Glanz. Anschliessend wird ein Decklack aufgetragen, der die Farbschicht schützt.
Anwendung: Mit Chromeffektlacken lassen sich bestens hochwertige und strapazierfähige Oberflächen mit Metall-Look erzeugen. Das Verfahren eignet sich für fast alle Materialien, ist allerdings beschränkt auf matte Oberflächen.

Ohne Schutzlack unter Glas

Das Thermische Ver-dampfen mit Aluminium zählt im erweiterten Sinn zu den PVD-Verfahren. Bei diesem Verfahren werden die Partikel nicht mit Ionen beschossen, sondern durch elektrische Beheizung des Metalles «verdampft». Es bringt zu dem oben vorgestellten PVD-Verfahren einige Einschränkungen mit sich und eignet sich zur Metallisie-rung von weniger hochwertigen Oberflä-chen, wie sie beispielsweise bei Reflekto-ren von Fahrzeugleuchten zu finden sind. Beim Thermischen Verdampfen mit Alu-minium ist der Farbton durch das ver-wendete Metall vorgegeben und kann nicht verändert werden. Aufgrund der Kratzempfindlichkeit sind so veredelte Bauteile nicht geeignet für Bedienele-mente oder Oberflächen, die strapaziert werden. Ähnliches gilt für die Beschichtung im Superchrome-PVD-Coating-Verfahren. Auch diese Bauteile können nicht überall im Fahrzeug zum Einsatz kommen, da die Oberflächen kratzanfällig sind. Das Superchrome-PVD-Coating-Ver-fahren besteht aus zwei Schichten: Zu-erst werden die Teile mit einem harten UV-Lack überzogen und anschliessend mit einer PVD-Schicht metallisiert. Da die hochglänzenden Teile aber nicht mit einem Schutzlack versehen werden, beste-hen sie die Kratz- und Abriebanforderun-gen der Automobilspezifikationen nicht und werden deshalb überwiegend unter Komponenten aus Glas oder Kunststoff wie zum Beispiel Schweinwerfern verbaut. Anwendung: Thermisches Verdamp-fen mit Aluminium und die Beschichtung mit dem Superchrome-PVD-Coating- Verfahren haben ein eingeschränktes An-wendungsspektrum und eignen sich da-her nur bedingt für Teile im Fahrzeug- innenraum.

Folien als Trägermaterial

Folientechniken wie das IML (In-Mould-Labeling) oder die IMD (In-Mould-Decoration) erzeugen robuste Oberflächen auf Kunststoffteilen. Beim IML wird im ersten Schritt eine Folie mit Chromfarbe beschichtet und entsprechend vorgeformt. Im Spritzgiesswerkzeug wird die Folie dann mit Kunststoff hinterspritzt. Folie und Zierteil verbinden sich so miteinander. Bei der IMD wird eine mit elementarem und damit unbedenklichem Chrom und schützendem Klarlack behandelte Folie in einer leeren Spritzgussform befestigt. Wenn die Form aufgefüllt wird, bleibt die Schicht am Kunststoff kleben und die Folie kann abgezogen und entsorgt werden. Bei jedem Durchlauf muss dann die Folie mit dem Aufdruck erneuert werden.
Anwendung: Durch das mehrstufige Verfahren sind sowohl matte als auch glänzende Oberflächen sowie eine Vielzahl von Farbvarianten möglich. Dadurch ist das Verfahren allerdings sehr aufwendig und kostenintensiv. Es eignet sich für hohe Stückzahlen mit Einschränkungen in der Bauteilgeometrie.

Metall-Look: Auf die Farbe kommt es an

Besonders im Automotive-Bereich sind Farbtöne und Glanzgrade herstellerspezifisch vorgegeben und kritisch für den authentischen Transport der Markenwirkung. Auch andere Branchen schätzen die Möglichkeiten, einen Metall-Farbton genau passend zur Anwendung zu entwickeln. Dementsprechend gibt oftmals schon die Farbvorgabe den weiteren Weg zur Metallisierung vor, da nicht jede Farbe mit jedem Prozess abbildbar ist.

Ein breites Farbspektrum bietet der PVD-Prozess. Was sich im ersten Moment einfach anhört, benötigt viel Erfahrung und stellt Oberflächenveredler immer wieder vor Herausforderungen. Nur durch die gezielte Abstimmung von Timing, Gasen und den verwendeten Metallpartikeln kann der gewünschte Farbton erreicht werden. Im direkten Zusammenspiel zwischen Fahrzeugherstellern und PVD-Veredlern können gemeinsam mit den entsprechenden Designabteilungen auch neue Farbreferenzen generiert werden.

Funktion und Optik entscheiden

Viele unterschiedliche Verfahren für die Metallisierung von Kunststoffteilen, das heisst auch: Viele neue Möglichkeiten, intelligente Funktionen zu integrieren. Deswegen ist die Frage nach gewünschter Funktion oder Optik des Bauteiles früh zu klären, damit später die richtige Technologie verwendet wird. Sowohl auf dekorativer und informationeller Ebene, etwa bei der Hinterleuchtung, als auch auf funktioneller Ebene, zum Beispiel bei der Einstellung der elektrischen Leitfähigkeit von Autoschlüsseln.

Die Wahl der richtigen Technologie hat auf die Gewährleistung der Wunschfunktionen und -eigenschaften des späteren Bauteils einen wesentlichen Einfluss. Die Technologiewahl muss deshalb schon früh im Projekt berücksichtigt werden, damit alle geplanten Parameter eingehalten werden und das volle Potenzial einer Idee ausgeschöpft wird. Moderne Beschichter wie die Firma Silcos aus dem schwäbischen Reutlingen sind schon lange nicht mehr «nur Lohnbeschichter», sondern schon früh als Technologiepartner beratend in der Projektumsetzung aktiv.

Ähnlich wie Bauteile sind auch Projekte oftmals mehrdimensional, und so liegt die beste Lösung für ein Bauteil oft in der Kombination unterschiedlicher Technologien, die wiederum perfekt aufeinander abgestimmt sein müssen. «Hier ist es einfach essenziell, auch technologisch breit aufgestellt zu sein», so Manfred Fuchs, Geschäftsführer von Silcos. «Wir setzen deswegen auf eine vollständige Technologie-, Produktions- und Wertschöpfungskette: vom Formenbau über Spritzguss, Druck, Lackierung, PVD-Metallisierung, Laserbeschriftung und weitere teils selektive Beschichtungen.»

In diesen vergleichsweise neuen Verfahren war die Firma Silcos schon früh ein Pionier und verfügt heute über einen grossen Erfahrungsschatz in unterschiedlichsten Projekten. Gemeinsam mit führenden Herstellern werden beispielsweise diese Anwendungen in der Serienfertigung umgesetzt:

Dekoration und Information

  • Schliffoptiken im Kunststoff, die für einen räumlichen Tiefeneffekt metallisiert und bedruckt sind

  • Metallische Oberflächen, die eine Kombination aus matten und glänzenden Oberflächen enthalten

  • Kombination aus metallischen Oberflächen und farbigen Bereichen

  • Partielle Durchleuchtbarkeit von metallisierten Bauteilen

  • Filigrane Strukturen und Maskierung

  • Integration von Schaltfunktionen

  • Schaltelemente im Tag-/Nachtdesign

  • Nicht leitfähige metallische Dekoration von kapazitiven Sensorflächen

  • Metallische Oberflächen mit Verschwindeeffekt / Black-Panel-Effekt / Secret Til Lit: Funktion wird nur dann angezeigt, wenn benötigt

  • Ambientebeleuchtung, integriert in Zierteile

  • Flächenbeleuchtung durch semitransparente Metallschichten auf PC-Substraten

  • Beleuchtung von Symbolen oder Gestaltungslinien, bei denen die Metallschicht partiell über eine Laserbeschriftung wieder entfernt wird

  • Funktionelle Beschichtungen

  • Partielle Beschichtungen auf Autoschlüsseln mit eingestellter Leitfähigkeit

  • Splitterfreie Embleme auf Lenkradabdeckungen

Aufgabenstellungen in dieser Komplexität lassen sich nur dann lösen, wenn jeder einzelne Produktionsschritt perfekt abgestimmt ist und auch die übrigen Parameter wie beispielsweise die machbare Bauteilgrösse eingehalten werden. Umso wichtiger ist eine enge Zusammenarbeit aller Projektpartner, um intelligente Lösungen für neue Ideen zu finden.
 

Die Rahmenbedingungen

Bei den zu berücksichtigenden Rahmenbedingungen steht auf der einen Seite das Ausgangsbauteil, welches veredelt wird. Hier geben Geometrie, Masse und das verwendete Material vor, welche Technologien überhaupt infrage kommen. Ob ABS, Polycarbonat, Polyamide, weiche Materialien wie TBEs und Silikon oder eine Kombination aus unterschiedlichen Materialien: Die heutzutage verwendeten Werkstoffe sind vielfältig und benötigen unterschiedliche Technologien für eine dauerhafte und hochwertige Oberflächenbeschichtung. Auf der anderen Seite stehen die Rahmenbedingungen der späteren Anwendung. Hier sind Parameter wie Temperaturbereich, Abrieb- und Kratzbeständigkeit sowie die Beständigkeit einer Oberfläche gegenüber Chemikalien oder UV-Licht massgeblich. Auch die elektrische Leitfähigkeit ist, gerade bei der Anwendung von metallisierten Oberflächen wie beispielsweise bei Funkschlüsseln, ein wichtiges Thema. Für die Metallisierung von Emblemen auf Airbag-Abdeckungen ist es essenziell, dass die Beschichtung absolut splitterfrei ist. Es gilt: Die Rahmenbedingungen sind so unterschiedlich wie die Projekte. Natürlich spielen auch Umweltanforderungen wie REACH-Konformität oder die Nickelfreiheit von Metallisierungen eine immer wichtigere Rolle.

Damit aus dem Projekt später ein Erfolg wird und das Bauteil in der Serie besteht, gilt es, frühzeitig alle wichtigen Spezifikationen zu definieren und gemeinsam mit dem Technologiepartner die richtige Auswahl für die Oberflächenbeschichtung zu treffen.

Optimale Projektumsetzung
Für einen reibungslosen Ablauf haben sich Oberflächenprofis wie Silcos perfekt an die Anforderungen einer agilen Entwicklung angepasst. Prototypen können auf Basis bestehender Bauteile jederzeit flexibel als Machbarkeitsstudien mit neuen Oberflächen versehen werden. Damit lassen sich schnell die passenden Technologien finden und bei Bedarf neue Abläufe entwickeln, um kundenspezifische Vorgaben zu erfüllen.

Infolge der gestiegenen Anzahl an Innovationen und Möglichkeiten empfiehlt es sich aber – anders als bisher – die Technologie- und Methodenkompetenz der Oberflächenbeschichter schon in der Design- und Konzeptionsphase in Anspruch zu nehmen. Dadurch ist sichergestellt, dass aus den vielen zur Verfügung stehenden Technologien die zum Produkt passende gewählt und optimal ausgelegt wird.

Bei der Serienfertigung können Komplettlösungsanbieter wie Silcos ebenfalls Kundenvorteile generieren. Indem sie die ganze Wertschöpfungskette – vom Formenbau bis zum Finish – anbieten, reduzieren sich lange Lieferketten und damit auch die Risiken. Die Durchführung vieler einzelner Produktionsschritte im selben Haus gewährleistet Zuverlässigkeit und Sicherheit für den Kunden.

Auch wenn es sich bei den Chrom-Ersatzverfahren um vergleichsweise neue Technologien handelt: Die Serienfertigung funktioniert zuverlässig, ist vielfach erprobt und problemlos einsetzbar. Die Qualität ist selbstverständlich durch die branchenüblichen Bauteilqualifizierungen sichergestellt.

Bernhard Mitteregger, Vertriebsleiter bei Silcos, Reutlingen

EVENTS

Empack Schweiz

The Future of Packaging Technology

Datum: 18. - 19. November 2020

Ort: Zürich (CH)

Pumps & Valves

Fachmesse für Pumpen- und Ventiltechnik

Datum: 10. - 11. Februar 2021

Ort: Zürich (CH)

maintenance Schweiz

Schweizer Fachmesse für industrielle Instandhaltung und Facility Management

Datum: 10. - 11. Februar 2021

Ort: Zürich (CH)

Vivaness

Internationale Fachmesse für Naturkosmetik

Datum: 17. - 21. Februar 2021

Ort: Nürnberg (D)

LogiMat

Internationale Fachmesse für Intralogistik

Datum: 09. - 11. März 2021

Ort: Stuttgart (D)

Swiss Plastics Expo

Schweizer Fachmesse Kunststoffindustrie

Datum: 25. - 27. Januar 2022

Ort: Luzern (CH)

Bezugsquellenverzeichnis