DE102012219995A1

DE102012219995A1 - Herstellung eines metallisierten Kunststoffbauteils mit hinterleuchtbarer, langgestreckter linienhafter Struktur

Info

Publication number: DE102012219995A1
Application number: DE102012219995.0A
Authority: DE
Inventors: Dr. Brockmann Carsten; Franz Huber
Original assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Current assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-04-30
Also published as: DE202012013516U1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines partiell metallisierten Zweikomponenten-Kunststoffteils (10) mit einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur (14) mit den folgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen eines partiell galvanisierbaren Kunststoffrohlings (15), welcher wenigstens einen ersten Bereich (11) aus einem ersten Kunststoff A und einen zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff B umfasst, die in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (15) zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei der erste Kunststoff A des ersten Bereiches (11) ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff B des zweiten Bereiches (12) ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, b) Chemisches oder physikalisches Abscheiden einer elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht (13) auf dem galvanisierbaren Bereich (11) des Kunststoffrohlings (15), c) Strukturieren der ersten Metallschicht (13) durch partielles Abtragen zur Ausbildung einer langgestreckten linienhaften Struktur (14), und d) Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht (13), wobei die Strukturierung der ersten Metallschicht (13) mittels Laserablation durch eine Lasereinheit (20) erfolgt, wobei der Kunststoffrohling (15) und wenigstens ein Teil der Lasereinheit (20) bei der Erzeugung der langgestreckten linienhaften Struktur (14) so gegeneinander bewegt werden, dass sich ihre absolute Position im Raum wenigstens temporär verändert. Die Erfindung betrifft ferner ein mit diesem Verfahren hergestelltes partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur in einer Metallschicht auf einem solchen Kunststoffbauteil.

Description

Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, die Oberfläche von Kunststoffbauteilen zu metallisieren, um ihnen insbesondere aus dekorativen Gründen ein ansprechendes Äußeres zu verleihen. Dies wird beispielsweise für Bedienelemente in Kraftfahrzeugen wie Griffe, Tasten, Knöpfe und Schaltknaufe, aber auch für Zierleisten, Lautsprecher, etc. durchgeführt. Auch im Bereich der Haushaltsgeräte werden derartige Kunststoffbauteile oftmals eingesetzt.
Dabei werden im Wesentlichen zwei Verfahren zur Erzeugung von metallisierten Elementen aus Kunststoff angewendet. Diese basieren entweder auf der Metallisierung eines aus einem Kunststoff gefertigten Bauteils mittels PVD-Verfahren (PVD – physical vapor deposition), oder auf der Galvanisierung eines Elements aus Kunststoff mittels elektrochemischer Verfahren. Während es beide Verfahren grundsätzlich erlauben, haltbare Metallbeschichtungen auf Bauteile aus Kunststoff aufzubringen, ist es bis zum heutigen Tag problematisch, mittels PVD-Verfahren beispielsweise Bedienelemente so zu metallisieren, dass die auf dem Kunststoffteil abgeschiedene Metallschicht auch ohne zusätzliche Schutzschicht z. B. aus einem transparenten Schutzlack eine ausreichende Abriebfestigkeit und Korrosionsbeständigkeit aufweist. Auch weisen mittels PVD-Verfahren metallisierte Kunststoffteile aufgrund der geringen Schichtdicken der aufgebrachten Metallschichten nicht den häufig gewünschten „cold touch” auf, d. h. die Haptik des metallisierten Kunststoffteils entspricht nicht der eines Metallteils. Die Galvanisierung von Kunststoffbauteilen hat sich daher insbesondere im Bereich der Bedienelemente in Kraftfahrzeugen als vorteilhafter erwiesen.
Darüber hinaus kann es erforderlich sein, ein Kunststoffbauteil nur teilweise zu metallisieren, weil einige Bereiche metallisch wirken sollen, während dies für andere Bereiche nicht der Fall ist. Dies kann technische und/oder optische Gründe haben. Es sind verschiedene Verfahren zur partiellen bzw. selektiven Galvanisierung von Kunststoffbauteilen bekannt, wobei ein Ansatz vorsieht, die Oberfläche des Kunststoffbauteils partiell unterschiedlich vorzubereiten, damit eine Metallisierung anschließend in einem bestimmten Bereich stattfindet, während sie in einem anderen Bereich nicht stattfindet.
Beispielsweise beschreibt die Patentschrift DE 102 08 674 B4 ein Verfahren zur Herstellung von Bedien, Dekor- oder Anzeigeelementen mit hinterleuchtbaren Symboliken, bei dem ein Bereich eines Kunststoffbauteils zuerst abgedeckt wird, um in diesem Bereich eine Galvanisierung des Kunststoffs zu verhindern. Die Abdeckung kann beispielsweise durch einen Aufkleber oder einen sogenannten Stopplack erfolgen, und der so abgedeckte Bereich hat die Form der zu erstellenden Symbolik. Anschließend wird zunächst eine dünne Metallschicht aufgebracht, die jedoch im Bereich der vorherigen Abdeckung wieder leicht entfernt werden kann. Dies kann mittels Laserablation erfolgen. Daraufhin kann im verbleibenden Bereich der Metallschicht durch Galvanisieren die metallische Oberflächenbeschichtung fertiggestellt werden, wobei die Symbolik erhalten bleibt.
Bei einem anderen Ansatz wird ein Bauteil aus verschiedenen Kunststoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften aufgebaut, um eine selektive Galvanisierung zu ermöglichen. Hierzu sei beispielhaft die Offenlegungsschrift DE 10 2006 037 535 A1 genannt, die ein Verfahren zur Herstellung eines Verbunderzeugnisses mit selektiver Galvanisierung aus einem Hartkunststoffbauteil und einem Weichkunststoffbauteil offenbart. Dabei wird als Material für das Weichkunststoffbauteil ein Thermoplast aus styrolbasierendem Elastomer und Polyolefin verwendet, das gegenüber Chromschwefelsäure resistent ist.
Die selektive Galvanisierung aufgrund von unterschiedlichen Eigenschaften der in einem Bauteil verwendeten Kunststoffe kann auch für zwei oder mehr Hartkunststoffe eingesetzt werden, wobei derartige Verbundbauteile beispielsweise in einem Mehrschussverfahren hergestellt werden können. Beispielsweise kann es sich bei einem Kunststoff um ein nicht galvanofähiges Material wie Polykarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA) oder Polyethylenterephthalat (PET) handeln, während als galvanofähiges Material typischerweise Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS) oder ein ABS/PC-Blend eingesetzt wird. Das Bauteil wird dann so ausgeformt, dass sich an seiner Oberfläche wenigstens zwei unterschiedliche Kunststoffe befinden, welche die Galvanisierbarkeit der zugehörigen Bereiche festlegen.
Diese selektive Galvanisierbarkeit von Kunststoffbauteilen durch Verwendung unterschiedlicher Kunststoffe innerhalb der Oberfläche des Bauteils und einer bestimmten Vorbehandlung hat sich als vorteilhaft erwiesen und kann prozesstechnisch verlässlich durchgeführt werden.
Insbesondere bei metallisierten Kunststoffbauteilen, die bereichsweise hinterleuchtbar sein sollen, wird wenigstens ein transparenter bzw. transluzenter Kunststoff verwendet und mit einer Dekormetallschicht versehen. Um die gewünschte hinterleuchtbare Struktur durch partielles Abtragen einer Metallschicht auszubilden, wird oftmals die Laserablation eingesetzt, wobei Beschriftungslaser eingesetzt werden können.
Dabei bewegen sich die Abmaße der Bauteile beispielsweise in der Größenordnung von maximal 30 mm × 30 mm. Die Formteile sind weitestgehend eben und das Lasern kann auch als 2-dimensional angesehen werden, wenn der Beschriftungsleser eine ebene Fläche beschriftet. Der gesamte Beschriftungslaser kann auch als Lasereinheit bezeichnet werden, die eine Laserquelle und einen Spiegel/Scannerkopf umfasst. Die Laserquelle erzeugt einen Laserstrahl, der mittels des Spiegels so auf das Bauteil abgelenkt wird, dass die Fläche beschriftet werden kann bzw. eine Metallschicht partiell so von dem Laser abgetragen wird, dass sich eine Symbolik, ein Schriftzug, etc. ausbildet. In diesem Bereich befindet sich dann keine Metallschicht auf dem transparenten/transluzenten Kunststoff, so dass die ausgebildete Symbolik bei einer Hinterleuchtung innerhalb der Metalldekorschicht leuchtet und beispielsweise im Innenraum eines Kraftfahrzeugs auch im Dunkeln gut erkennbar ist.
Bei einer solchen Laserablation bleiben das Kunststoffbauteil und die Laserquelle mit dem Spiegel (Scannerkopf) im Wesentlichen stationär und nur die relative Lage des Spiegels zur Laserquelle und zum Bauteil ist veränderbar, um den Laserstrahl unter veränderbaren Winkeln auf das Bauteil zu lenken. Das Kunststoffbauteil ist vor der Lasereinheit aus Laserquelle und Scanner auf einer Aufnahme durch Klemmung fixiert ist, und der Laserstrahl kann durch den beweglichen Spiegel in einem bestimmten Bereich auf der Oberfläche des Bauteils bewegt werden, um eine Metallschicht zu entfernen und so eine Struktur in die Schicht einzubringen.
Der Bereich, innerhalb dessen der Laserstrahl auf der Oberfläche des Bauteils bewegt werden kann, ist jedoch durch den Fokus bzw. die Fokustiefe des Lasers beschränkt. Der Laser kann nur zufriedenstellend beschriften, wenn der Schnittpunkt zwischen der optischen Achse des Laserstrahls und der Oberfläche des zu beschriftenden Bauteils im Bereich der Fokustiefe des Lasers liegt. Die Fokustiefe ist dabei definiert als die Distanz entlang der optischen Achse, die ein Laserstrahl braucht, bis sich seine Querschnittsfläche ausgehend von der Strahltaille im Fokus verdoppelt hat.
Der Laser kann beispielsweise so eingestellt werden, dass dieser Schnittpunkt genau im Fokus des Lasers liegt, wenn der Laserstrahl senkrecht auf die Oberfläche des Bauteils trifft. Durch ein Schwenken des Scannerkopfes verändert sich der Einfallswinkel und der Fokus des Laserstrahls entfernt sich auf einer Kreisbahn von der Oberfläche weg. Hierdurch bewegt sich auch der Schnittpunkt zwischen der optischen Achse des Laserstrahls und der Oberfläche des zu beschriftenden Bauteils von dem Punkt des senkrechten Einfalls weg in die Schwenkrichtung. Bis zu einem bestimmten Schwenkwinkel liegt der genannte Schnittpunkt noch innerhalb der Fokustiefe des Lasers und ein Beschriften ist möglich, aber oberhalb dieses Winkels können größere Strukturen nicht mehr oder nur noch mangelhaft erzeugt werden.
Mit einer solchen Anordnung lassen sich daher nur Strukturen bis zu bestimmten Abmessungen erzeugen, da sich der Fokus des Lasers bei den Schwenkwinkeln des Scannerkopfes, die für größere Strukturen erforderlich wären, zu weit von der Oberfläche des Bauteils entfernt bzw. der Schnittpunkt zwischen der optischen Achse des Laserstrahls und der Oberfläche des zu beschriftenden Bauteils aus der Fokustiefe herausläuft. Insbesondere für langgestreckte metallisierte Kunststoffbauteile, die mit einer Metallschicht versehen sind, in welche eine ebenfalls langgestreckte linienhafte Struktur eingebracht werden soll, eignen sich die bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur Laserablation daher nicht.
Ein Beispiel für langgestreckte Bauteile stellen Chromzierleisten für den Innenraum von Kraftfahrzeugen dar, welche Längen von bis zu 1 m haben können. In die Metallschicht dieser Chromzierleisten können langgestreckte linienhafte Strukturen eingebracht werden, um diese zu hinterleuchten, so dass die Chromzierleisten mit einer hinterleuchteten Linie versehen sind. Unter langgestreckten Strukturen sind im Sinne dieser Erfindung Strukturen zu verstehen, die in wenigstens eine Richtung eine Ausdehnung haben, die größer ist als die Distanz D, die sich durch die Formel D = 2A/tan α ergibt, wobei A der Abstand zwischen dem Scannerkopf und der Oberfläche des Bauteils bei senkrechtem Einfall des Laserstrahls ist und der Winkel α der Schwenkwinkel bezeichnet, bei dem der Schnittpunkt zwischen der optischen Achse des Laserstrahls und der Oberfläche des zu beschriftenden Bauteils aus der Fokustiefe des Laserstrahls herausläuft.
Die langgestreckten Strukturen sind vorzugsweise sehr dünn und lang. Die Dicke bzw. Breite einer solchen Struktur liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 mm bis 5 mm, vorzugsweise unterhalb von 1 mm, während die Länge ein Vielfaches dieser Breite ist. Beispielsweise liegen typische Längen oberhalb von 500 mm, vorzugsweise bei über 800 mm oder sogar 1000 mm.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffbauteils bereitzustellen, bei dem langgestreckte linienhafte Strukturen mittels Laserablation in einer Metallschicht erzeugt werden können. Insbesondere soll damit ein partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffbauteil mit einer langgestreckten linienhaften Struktur herstellbar sein.
Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein zugehöriges Kunststoffbauteil, eine Vorrichtung zur Durchführung der Laserablation und ein Verfahren zur Herstellung eines Kunststoffrohlings für das genannte Herstellungsverfahren bereitzustellen.
Dabei sollen sich die einzelnen Erfindungen für eine Anwendung in der Großserie und zu geringen Kosten eignen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines partiell metallisierten Zweikomponenten-Kunststoffteils gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen 2–24. Ferner wird die Aufgabe durch ein partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil gemäß dem unabhängigen Anspruch 25 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen dieses Zweikomponenten-Kunststoffteils ergeben sich aus den Ansprüchen 26–30.
Anspruch 31 gibt eine Vorrichtung zur Erzeugung einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur in einer Metallschicht auf einem Kunststoffbauteil an, wobei die Ansprüche 32–34 vorteilhafte Ausführungen dieser Vorrichtung beanspruchen.
Anspruch 35 beansprucht einen Aspekt der Erfindung, welcher die Herstellung eines Zweikomponenten-Kunststoffrohlings mittels eines Spritzgussverfahrens betrifft, wobei Anspruch 36 eine besonders bevorzugte Ausführungsform beinhalte.
Anspruch 37 beansprucht ein Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffteils allgemein, ohne dass es sich um ein partiell metallisiertes Bauteil handelt.
Ein Aspekt der Erfindung sieht ein Verfahren zur Herstellung eines partiell metallisierten Zweikomponenten-Kunststoffteils mit einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur vor, wobei das Verfahren wenigstens folgende Verfahrensschritte umfasst:

a. Erzeugen eines partiell galvanisierbaren Kunststoffrohlings, welcher wenigstens einen ersten Bereich aus einem ersten Kunststoff A und einen zweiten Bereich aus einem zweiten Kunststoff B umfasst, die in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei der erste Kunststoff A des ersten Bereiches ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff B des zweiten Bereiches ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist,
b. Chemisches oder physikalisches Abscheiden einer elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf dem galvanisierbaren Bereich des Kunststoffrohlings,
c. Strukturieren der ersten Metallschicht durch partielles Abtragen zur Ausbildung einer langgestreckten linienhaften Struktur, und
d. Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht.

Der gesamte Mehrkomponenten-Kunststoffrohling kann somit den gleichen Prozessschritten unterzogen werden, aber der zweite Bereich übersteht den Galvanikprozess im Wesentlichen unverändert, während der erste Bereich galvanisiert wird. Hierdurch wird der Rohling zu einem partiell galvanisierbaren Bauteil, da die in ihm verwendeten Kunststoffe unterschiedlich auf gleiche Vorbehandlungsschritte reagieren, wodurch sich bei einer anschließenden Galvanisierung des Bauteils Bereiche mit und ohne Metallschicht ausbilden. Daher kann der erste Kunststoff des zu galvanisierenden Bereiches im Kontext dieser Erfindung auch als galvanisierbarer Kunststoff bezeichnet werden, während der zweite Kunststoff des nicht zu galvanisierenden Bereiches als nicht-galvanisierbar Kunststoff bezeichnet wird.
Unter chemischem oder physikalischem Abscheiden der elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers wird im Kontext der vorliegenden Erfindung eine stromlose, d. h. nicht elektrochemische Abscheidung der Metallschicht verstanden. Beispielhaft hierfür wird nachfolgend die Abscheidung einer Nickelschicht aus einer Elektrolytlösung mittels eines kolloidalen Verfahrens beschrieben.
Erfindungsgemäß erfolgt die Strukturierung der ersten Metallschicht mittels Laserablation durch eine Lasereinheit, wobei der Kunststoffrohling und wenigstens ein Teil der Lasereinheit bei der Erzeugung der langgestreckten linienhaften Struktur so gegeneinander bewegt werden, dass sich ihre absolute Position im Raum wenigstens temporär verändert. Die Lasereinheit umfasst dabei wenigstens eine Laserquelle und einen Scannerkopf.
Dies hat den Vorteil, dass der Scannerkopf durch seine Bewegung relativ zur restlichen Lasereinheit nicht die gesamte Länge des Bauteils abdecken muss, sondern das Bauteil und wenigstens ein Teil der Lasereinheit werden wenigstens temporär so gegeneinander bewegt, dass der Scannerkopf immer oder immer wieder in eine geeignete Position gegenüber dem Bauteil kommt, in welcher er den Fokus des Laserstrahls optimal auf das Bauteil ausrichten kann. Dabei werden die einzelnen Bauteile nicht nur im Raum geschwenkt oder gedreht, so dass sie ihre Lage im Raum verändern, sondern sie verändern auch ihre absolute Position im Raum.
So können in einer Metallschicht langgestreckte linienhafte Strukturen erzeugt werden, die auch als Streifen, Striche, Bahnen, Zeilen, etc. bezeichnet werden können. Dabei müssen die Linien jedoch nicht durchgehend sein, sie können auch unterbrochen ausgeführt werden.
Bei einer bewegten Lasereinheit bedeutet dies beispielsweise, dass der Kunststoffrohling und wenigstens ein Teil der Lasereinheit bei der Erzeugung der langgestreckten linienhaften Struktur wenigstens teilweise entlang einer Bahn gegeneinander bewegt werden, die im Wesentlichen der langgestreckten Ausdehnung der linienhaften Struktur entspricht, denn die Lasereinheit, bzw. wenigstens ein Teil von ihr wird entlang der Kontur des Bauteils verfahren. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen Lasereinheit und dem Bearbeitungspunkt des Lasers auf dem Bauteil bei der Bewegung konstant bleibt. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Einfallswinkel des Laserstrahls auf das Bauteil möglichst konstant bleibt.
Bei einem bewegten Bauteil hingegen sieht die Bewegungsbahn des Bauteils je nach seiner Form anders aus, um den Abstand zwischen Lasereinheit und dem Bearbeitungspunkt des Lasers auf dem Bauteil bei der Bewegung konstant zu halten. Bei geraden Bauteilen entspricht die Bewegungsbahn der Form des Bauteils, aber beispielsweise bei gebogenen Bauteilen muss das Bauteil für eine Bearbeitung des gebogenen Bereiches so gedreht und dabei gleichzeitig bewegt werden, dass die Lasereinheit sukzessive auch den gebogenen Bereich bearbeiten kann. Dabei können auch hier der Abstand zwischen der Lasereinheit und dem Bearbeitungspunkt des Lasers auf dem Bauteil und der Einfallswinkel des Laserstrahls konstant gehalten werden.
Das Verfahren, in welche die Laserablation eingebettet ist, kann wie folgt aussehen:
Im Rahmen des vorstehend genannten kolloidalen Verfahrens wird in einem ersten Schritt aus einer Elektrolytlösung eine Schicht aus Palladiumkeimen auf der galvanisierbaren Schicht abgeschieden. Dieser Verfahrensschritt wird häufig als „Aktivieren der Oberfläche” des zu galvanisierenden Bauteils bezeichnet. Zum Aktivieren der Oberfläche des Grundkörpers können Palladiumkeime aus einer kolloidalen Lösung auf die galvanisierbare Schicht aufgebracht werden, wobei diese aufgebrachten Palladiumkeime durch eine Zinn-Schutzkolloid-Schicht geschützt sein können. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn vor dem nachfolgenden Aufbringen der ersten Metallschicht auf die aktivierte galvanisierbare Schicht eine ggf. die Palladiumkeime abdeckende Zinn-Schutzkolloid-Schicht entfernt wird. Dieser Vorgang, der auch als „Stripping” bezeichnet wird, kann beispielsweise durch Waschen der aktivierten galvanisierbaren Oberfläche des Grundkörpers vorgenommen werden.
Nachfolgend wird auf der aktivierten Oberfläche des Grundkörpers des Kunststoffbauteils auf chemischem, nicht elektrochemischem Wege (d. h. stromlos) in einem geeigneten Metallbad eine erste Metallschicht, bevorzugt aus Nickel oder Kupfer, als erste Metallschicht abgeschieden (sog. „chem. Nickel” bzw. „chem. Kupfer”).
Als Alternative zur chemischen Abscheidung der ersten Metallschicht steht eine Abscheidung mittels physikalischen Verfahren zur Verfügung, hier insbesondere mittels PVD-Verfahren (”physical vapor deposition”).
Wird eine Nickel- oder eine Kupferschicht chemisch oder physikalisch abgeschieden, so weist diese typisch eine Schichtdicke zwischen 100 Nanometern und 5 Mikrometern auf, bevorzugt zwischen 500 Nanometern und zwei Mikrometern, und besonders bevorzugt von etwa 1 Mikrometer. Die minimale Schichtdicke ist dabei im Wesentlichen davon abhängig, ab welcher Schichtdicke sich eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit der ersten Metallschicht ausbildet. Auch wird die minimale Schichtdicke die Stromtragfähigkeit der ersten Metallschicht bestimmt, die für die nachfolgenden Galvanikschritte erforderlich ist. Die maximale Schichtdicke wird in erster Linie vor der Abscheidegeschwindigkeit bestimmt, die das zur stromlosen Abscheidung der ersten Metallschicht verwendete chemische oder physikalische Verfahren aufweist. Bei zu langer Verweildauer im entsprechenden Prozessschritt wird das gesamte Verfahren unwirtschaftlich.
Bevorzugt werden zumindest die Prozessschritte „Aktivieren der Oberfläche”, „Aufbringen der ersten Metallschicht (chemisch Nickel/chemisch Kupfer)” und „Strukturieren der ersten Metallschicht zur Ausbildung der Symbolik” in weniger als 24 h durchlaufen, um eine Passivierung der reaktiven Oberfläche des chemisch Nickel/chemisch Kupfer zu vermeiden.
Wie erwähnt, weist die chemisch oder physikalisch abgeschiedene erste Metallschicht in der Regel eine Dicke von einem Mikrometer oder darunter auf. Diese erste Metallschicht kann dann beispielsweise mittels Laserablation oder mittels Lithographie, d. h. mittels strukturiert aufgebrachtem Schutzlack sowie nachfolgendem Ätzen der Metallschicht und Abwaschen des Schutzlacks strukturiert werden.
Falls die stromlos abgeschiedene erste Metallschicht tatsächlich eine nur geringe Stromtragfähigkeit aufweist, was nachteilig für die nachfolgenden elektrochemischen Verfahrensschritte wäre, kann optional bei geringen Strömen eine erste Metallschicht z. B. aus Kupfer oder Nickel auf galvanischem Wege auf der ersten Metallschicht abgeschieden werden (sog. „Vor-Kupfer” bzw. „Vor-Nickel”), wobei dies sowohl vor- als auch nach der Strukturierung der ersten Metallschicht möglich ist.
Zur Fertigstellung des metallisierten Kunststoffbauteils wird nachfolgend die Dicke der ersten, nunmehr strukturierten Metallschicht, die ggf. noch mit einer dünnen Schicht aus Vorkupfer oder Vornickel bedeckt ist, mittels eines galvanischen, d. h. elektrochemischen Verfahrens erhöht. In der Regel wird hierzu auf die erste Metallschicht eine erste Zwischenschicht aus Kupfer abgeschieden, die aufgrund ihrer hohen Duktilität eine Brücke bildet zwischen dem Kunststoff-Grundkörper, der eine hohe Elastizität aufweist, und einer in einem nachfolgenden Prozessschritt auf der Oberfläche des Bauteils abgeschiedenen Dekorschicht aus einem harten Dekormetall wie Chrom oder auch Nickel. Diese erste Zwischenschicht aus Kupfer kann eine Schichtdicke von 10 bis 40 Mikrometern und darüber aufweisen. In der Regel wird der Galvanikprozess zur Abscheidung der ersten Zwischenschicht aus Kupfer so eingestellt, dass auf allen zugleich im Galvanikbad beschichteten Kunststoffbauteilen eine Schichtdicke dieser ersten Zwischenschicht von zumindest 20 Mikrometern sichergestellt ist.
Oftmals wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer noch eine zweite metallische Zwischenschicht abgeschieden, um die Korrosionsbeständigkeit der Metallbeschichtung zu erhöhen. Auch kann diese zweite Zwischenschicht die Haftung der auf der Oberfläche des Kunststoffbauteils aufgebrachten Dekorschicht auf der ersten Zwischenschicht erhöhen. Schließlich kann auch die Optik der Dekorschicht durch geeignete Wahl des Materials der zweiten Zwischenschicht gezielt beeinflusst werden. Besonders bewährt hat sich die Aufbringung einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel. Dabei kann diese zweite Zwischenschicht insbesondere aus Rissnickel, Mattnickel, Halbglanznickel oder Glanznickel bestehen und ihrerseits nochmals in Zwischenschichten unterteilt sein. So hat sich bei mechanisch besonders stark beanspruchten Kunststoffbauteilen, oder bei Kunststoffbauteilen, die dem Angriff korrosiver Medien besonders stark ausgesetzt sind, ein Schichtaufbau bewährt bestehend aus einer auf die erste Zwischenschicht aus Kupfer aufgebrachten Schicht aus Halbglanznickel und einer auf deren Oberfläche abgeschiedenen Schicht aus Mattnickel, auf deren Oberfläche schließlich eine Schicht aus Rissnickel aufgebracht wird. Die Rissnickelschicht trägt zu einer wesentlichen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit des gesamten Schichtaufbaus bei, wobei als ursächlich hierfür ein kontrollierter Korrosionsangriff an der Rissnickelschicht angesehen wird. Aber auch die Haftung der Dekorschicht wird durch diese Zwischenschicht nochmals erhöht. Die Schichtdicke der zweiten Zwischenschicht beträgt typisch zwischen 5 und 30 Mikrometern, bevorzugt beträgt sie 10 Mikrometer und darüber, insbesondere bei einer zweiten Zwischenschicht aus Nickel.
Nachfolgend wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer bzw. der optionalen zweiten Zwischenschicht aus Nickel galvanisch eine Schicht aus einem Dekormetall abgeschieden, bei welchem es sich beispielsweise um Chrom oder auch um Nickel handeln kann. Hierbei wird auf die an sich bekannten Verfahren zur Ausbildung einer Halbglanz- bzw. Mattnickelschicht (Aludesign), einer Rissnickelschicht oder einer Glanzchromschicht zurückgegriffen. Typische Schichtdicken dieser Dekorschicht liegen i. A. zwischen 100 Nanometern und wenigen Mikrometern, im Fall von Chrom bevorzugt bei zumindest 300 Nanometern.
Abschließend kann die metallisierte Oberfläche des Kunststoffbauteils noch mit einem geeigneten Schutz- und/oder Dekorlack versehen werden, der auf die Dekorlage aus dem Dekormetall wie z. B. Chrom aufgebracht wird und die Korrosionsbeständigkeit des gesamten auf das Kunststoffbauteil aufgebrachten Schichtaufbaus nochmals erhöht.
Bei dem Kunststoffrohling (Teilkörper/Grundkörper) kann es sich um ein sogenanntes 2-K-Bauteil handeln, welches mittels geeigneter Spritzgussverfahren aus zwei verschiedenen Kunststoffkomponenten hergestellt wird. Bevorzugt wird dabei eine solche Abfolge bei der Herstellung der beiden Komponenten des Grundkörpers eingehalten, bei der zuerst diejenige Kunststoffkomponente gespritzt wird, deren Kunststoffmaterial bei höherer Temperatur verarbeitet werden muss, also i. A. den höheren Schmelzpunkt aufweist, und in einem nachfolgenden Verfahrensschritt die bei einer niedrigeren Temperatur zu verarbeitende zweite Kunststoffkomponente an die vorzugsweise bereits vollständig erstarrte erste Kunststoffkomponente angespritzt wird.
Als besonders geeigneter Kunststoff B zur Ausbildung des nicht galvanisierbaren Teilkörpers hat sich Polykarbonat erwiesen. Dieses Material weist neben der Tatsache, dass es praktisch nicht an den nachfolgenden Prozessschritten teilnimmt, den Vorteil auf, dass es sich besonders gut als Lichtleiter eignet. Darüber hinaus lässt sich PC gut mit lichtstreuenden Partikeln dotieren, wodurch sich im hinterleuchtbaren Kunststoffbauteil eine besonders homogene Lichtverteilung erzielen lässt. Dies kann besonders bei der Verwendung nur einer oder weniger Lichtquellen vorteilhaft sein, um eine homogene Ausleuchtung der linienhaften Struktur zu erzielen, insbesondere wenn diese Lichtquelle/n annähernd punktförmig ist/sind.
Als besonders geeignete Kunststoffe A zur Ausbildung der galvanisierbaren Schicht hingegen haben sich die Werkstoffe Polyamid, ABS oder ein ABS/Polykarbonat-Blend erwiesen. Eine hochbelastbare mechanische Verbindung des Teilkörpers mit der galvanisierbaren Schicht ergibt sich, wenn die galvanisierbare Schicht aus einem ABS/Polykarbonat-Blend besteht und der nicht galvanisierbare Bereich aus Polykarbonat. Wird für die galvanisierbare Schicht ein Polyamid verwendet, so hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn beispielsweise durch geeignete Formgebung der galvanisierbaren Schicht und des nicht galvanisierbaren Bereiches eine zusätzliche mechanische Verkrallung zwischen beiden bewirkt wird. Alle verwendeten Kunststoffe A und B sind dabei bevorzugt transparent oder zumindest transluzent.
Wird für die galvanisierbare Schicht auf ABS bzw. ein ABS/Polykarbonat-Blend zurückgegriffen, so kann eine besonders gute Haftung der auf der galvanisierbaren Schicht galvanisch abgeschiedene Metallschicht erzielt werden, wenn die galvanisierbare Schicht vor der Metallisierung einer zusätzlichen chemischen Behandlung unterzogen wird, welche die Rauigkeit der Oberfläche erhöht. Beispielsweise hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Butadienanteile des ABS-Kunststoffs zumindest teilweise aus der Oberfläche der galvanisierbaren Schicht herausgelöst werden. Dies kann beispielsweise mittels einer chemischen Behandlung zumindest der galvanisierbaren Schicht, bevorzugt aber des gesamten Grundkörpers, z. B. mittels eines Beizvorgangs in einem Chromschwefelsäurebad durchgeführt werden. Wird hingegen auf eine galvanisierbare Schicht aus Polyamid zurückgegriffen, so kann hier die Oberflächenrauhigkeit vor dem Aufbringen der Metallisierung erhöht werden, indem zumindest die galvanisierbare Schicht aus Polyamid, bevorzugt aber wiederum der gesamte Grundkörper, auf geeignete Weise chemisch vorbehandelt wird, um ein Aufquellen der Polyamidschicht zu bewirken. Details hierzu lassen sich beispielsweise dem Kapitel „Vorbehandlung und chemische Metallisierung” der Fachveröffentlichung „Kunststoff-Metallisierung – Handbuch für Theorie und Praxis”, erschienen im Eugen G. Leuze Verlag, entnehmen, welches hiermit zum Offenbarungsumfang der vorliegenden Anmeldung hinzugefügt wird.
Zur Ausbildung der Struktur in der Metallschicht wird auf eine Strukturierung mittels Laserablation zurückgegriffen, wobei diese bevorzugt an der ersten Metallschicht durchgeführt wird, deren Dicke vorteilhaft zwischen 100 Nanometern und 2 Mikrometern beträgt, insbesondere etwa einem Mikrometer. Wie erwähnt, ist die minimale Schichtdicke dabei im Wesentlichen davon bestimmt, bei welcher Schichtdicke das verwendete Metall eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und auch Stromtragfähigkeit für die nachfolgende Galvanisierung aufweist. Die maximale Schichtdicke ist – neben der Begrenzung durch eine ökonomisch noch zu vertretende Verweilzeit im Metallbad – im Wesentlichen dadurch bestimmt, dass sich die Metallschicht durch Laserablation partiell entfernen lassen muss, ohne dass hierzu ein solcher Energieeintrag erforderlich ist, dass die unter der ersten Metallschicht liegende Kunststoffschicht merklich beeinflusst wird, insbesondere beispielsweise angeschmolzen wird.
Bei einer Laserstrukturierung ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn für die Strukturierung ein Laser verwendet wird, dessen Wellenlänge nur eine geringe Absorption zumindest in der galvanisierbaren Schicht aus dem Kunststoff A erfährt, bevorzugt aber auch in der darunter liegenden Schicht aus dem nicht galvanisierbaren Kunststoff B. In diesem Zusammenhang hat sich die Verwendung von IR-Lasern wie Nd:YAG- oder CO₂-Lasern besonders bewährt, die bevorzugt im Pulsbetrieb betrieben werden.
Um gemäß der Erfindung mittels Laserablation möglichst langgestreckte linienhafte Strukturen in eine Metallschicht einbringen zu können, können verschiedene Arten der Bewegung des Kunststoffrohlings gegenüber wenigstens einem Teil einer Lasereinheit gewählt werden. Beispielsweise kann der wenigstens eine Teil der Lasereinheit fest stehen, während der Kunststoffrohling gegenüber diesem Teil der Lasereinheit bewegt wird.
Alternativ kann der Kunststoffrohling fest stehen, während wenigstens ein Teil der Lasereinheit gegenüber dem Kunststoffrohling bewegt wird. Dabei umfasst die Lasereinheit beispielsweise einen Scannerkopf und eine Laserquelle, und nur der Scannerkopf wird bewegt. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Lasereinheit einen Scannerkopf und eine Laserquelle umfasst und der Scannerkopf und die Laserquelle gemeinsam bewegt werden.
Ferner können die beiden Bewegungsprinzipien auch kombiniert werden, so dass sich Phasen abwechseln, in denen der wenigstens eine Teil der Lasereinheit fest steht, während der Kunststoffrohling gegenüber diesem Teil der Lasereinheit bewegt wird, und in denen der Kunststoffrohling fest steht, während wenigstens ein Teil der Lasereinheit gegenüber dem Kunststoffrohling bewegt wird. So können die Bewegungsprinzipien optimal auf die Anforderungen bei der Bearbeitung der einzelnen Bereiche des Bauteils abgestimmt werden. Beispielsweise kann ein Bewegungsprinzip für gerade und ebene Bereiche vorteilhaft sein, während ein anderes Bewegungsprinzip für gebogene Bereiche eines Kunststoffbauteils besser geeignet ist. So kann ein gerader Bereich beispielsweise durch Bewegung des Bauteils entlang einer fest stehenden Lasereinheit abgefahren werden, während ein gebogener Endbereich besser dadurch bearbeitet wird, dass die Lasereinheit anschließend im konstanten Abstand um den Bogen herum verfahren wird.
Die Bewegung des Kunststoffrohlings und des wenigstens einen Teils der Lasereinheit gegeneinander kann kontinuierlich oder schrittweise erfolgen. Bei einer schrittweisen Bewegung kann vorgesehen sein, dass zwischen jedem Bewegungsschritt eine Phase des Stillstands liegt, in welcher die Lasereinheit einen Teilabschnitt der langgestreckten linienhaften Struktur erzeugt. In dieser Phase reichen die Einstellmöglichkeiten der Lasereinheit und insbesondere des Scannerkopfes beispielsweise aus, um einen Teilbereich der Struktur zu erzeugen, ohne dass die Komponenten weiter gegeneinander bewegt werden. Erst wenn die Grenze erreicht ist, ab welcher der der Scannerkopf den Laserstrahl nicht mehr optimal auf das Bauteil ausrichten kann, würde eine Bewegung des Kunststoffrohlings und des wenigstens einen Teils der Lasereinheit gegeneinander erfolgen, um den Scannerkopf so in den nächsten Teilbereich zu bringen, den er selbstständig bearbeiten kann. Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Bearbeitung eines geraden Bereiches durch Bewegung der beiden Komponenten gegeneinander erfolgt, während der bewegungstechnisch problematischere Bereich eines Bogens nur durch eine Bewegung Scannerkopfes bearbeitet wird, ohne dass die Basis-Komponenten Bauteil und Lasereinheit ihre Position im Raum verändern.
Um galvanisierbare und nicht galvanisierbare Oberflächen zu erzeugen, sei nochmals ausgeführt, dass die Oberfläche des ersten Kunststoffs A vor dem Schritt b) des Verfahrens durch Vorbehandlungsschritte in Form von Beizen, Aufrauhen und/oder Aufquellen in eine Oberfläche gewandelt wird, die galvanisierbar ist, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs B den gleichen Vorbehandlungsschritten unterworfen wird, durch welche sie nicht gleichzeitig in eine Oberfläche gewandelt wird, die galvanisierbar ist.
Zum chemischen Abscheiden der elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht kann dann eine Schicht aus Palladiumkeimen partiell auf den galvanisierbaren Bereich aufgebracht werden, indem die Oberfläche des ersten Kunststoffs A durch die Vorbehandlungsschritte in eine Oberfläche gewandelt wurde, die durch die Palladiumkeime aktiviert wird, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs B durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht in eine Oberfläche gewandelt wurde, die durch die Palladiumkeime aktiviert wird.
Wie bereits erwähnt, kann der Kunststoffrohling in Schritt a) im Spritzgussverfahren hergestellt werden. Dabei kann der erste Bereich aus einem ersten Kunststoff A an den zweiten Bereich aus einem zweiten Kunststoff B im Spritzgussverfahren angespritzt werden, oder umgekehrt. Vorzugsweise wird der erste Kunststoff A in einem Kaskaden-Spritzgussverfahren an den zweiten Kunststoff B angespritzt, während der Grundkörper des zweiten Kunststoffs zuvor in einem konventionellen Spritzgussverfahren erzeugt werden konnte. Das Kaskadenspritzgussverfahren kann mit fünf Einspritzpunkten durchgeführt werden.
Von der Erfindung umfasst ist auch ein partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil, das aus einem langgestreckten Kunststoffrohling gebildet ist, welcher wenigstens einen ersten Bereich aus einem ersten Kunststoff A und einen zweiten Bereich aus einem zweiten Kunststoff B umfasst, wobei der erste Kunststoff A des ersten Bereiches ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff B des zweiten Bereiches ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, und der galvanisierbare Bereich mit einer Metalldekorschicht versehen ist. In die Metalldekorschicht ist eine hinterleuchtbare, langgestreckte linienhafte Struktur eingebracht.
Dabei ist das Zweikomponenten-Kunststoffteil vorzugsweise nach einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens hergestellt worden.
Es handelt sich um ein relativ großes oder zumindest langes Bauteil, wobei wenigstens eine Ausdehnung des Zweikomponenten-Kunststoffteils in der Größenordnung von 100 mm bis 1000 mm, insbesondere bei 500 mm bis 1000 mm liegt. Beispielsweise kann die Länge L des Zweikomponenten-Kunststoffteils in der Größenordnung von 100 mm bis 1000 mm, insbesondere bei 500 mm bis 1000 mm liegen. Die Breite B des Zweikomponenten-Kunststoffteils liegt dagegen in der Größenordnung von 20 mm bis 100 mm, so dass es sich um langes, aber relativ schmales Bauteil in Form einer Leiste handelt. Das Bauteil eignet sich insbesondere als Zierleiste für die Außen- oder Innenseite eines Kraftfahrzeugs.
Das Zweikomponenten-Kunststoffteil kann auch gebogen ausgebildet sein und eine Tiefe T beispielsweise in der Größenordnung von 5 mm bis 60 mm, insbesondere von etwa 35 mm bis 55 mm haben. Derartig gebogene Bauteile können mit Beschriftungslasern, die nur auf ebenen Flächen arbeiten, nicht beschriftet werden, aber die Erfindung bietet die Möglichkeit, auch diese Bauteile mit einer langgestreckten linienhaften Struktur zu versehen.
Von der Erfindung umfasst ist auch eine zugehörige Vorrichtung zur Erzeugung einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur in einer Metallschicht auf einem Kunststoffbauteil, wobei die Vorrichtung eine Aufnahme zur Fixierung des Kunststoffbauteils und eine Lasereinheit zur Einbringung der langgestreckten linienhaften Struktur in die Metallschicht aufweist. Die Vorrichtung weist ferner Antriebsmittel zur Bewegung des Kunststoffbauteils und wenigstens eines Teils der Lasereinheit gegeneinander auf, wobei das Kunststoffbauteil und der wenigstens eines Teil der Lasereinheit so gegeneinander bewegbar sind, dass ihre absolute Position im Raum wenigstens temporär veränderlich ist.
Die Vorrichtung weist Mittel zur Fixierung des Kunststoffbauteils auf der Aufnahme auf. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um Spanner, insbesondere um Exzenterspanner, die manuell umgelegt werden können, um ein Bauteil in einer Aufnahme zu fixieren. Dabei können Spanner nicht nur zum Halten des Bauteils auf der Aufnahme dienen, sondern sie können auch so ausgestaltet sein, dass sie das Bauteil auch in eine Zwangslage bringen, um beispielsweise Verzug, der bei der Herstellung und Beschichtung des Bauteils entstanden ist, auszugleichen. So kann das Bauteil in einer vorbestimmten Lage fixiert und bearbeitet werden, um die gewünschte langgestreckte linienhafte Struktur ausbilden zu können. Innerhalb einer Maschine wären diese Spanner automatisch betrieben und würden beispielsweise als Pneumatikspanner ausgeführt.
Insgesamt weist die Vorrichtung insbesondere Mittel zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens auf.
Die erwähnte Vorgehensweise zur Herstellung eines Zweikomponenten-Kunststoffrohlings für eine partielle Metallisierung eignet sich auch zur Herstellung von Zweikomponenten-Kunststoffrohlingen allgemein. Von der Erfindung umfasst ist daher auch das folgende Verfahren:
Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten Kunststoffrohlings, welcher wenigstens einen ersten Bereich aus einem ersten Kunststoff A und einen zweiten Bereich aus einem zweiten Kunststoff B umfasst, die in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei der erste Kunststoff A des ersten Bereiches ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff B des zweiten Bereiches ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist. Das Verfahren sieht vor, dass der Kunststoffrohling im Spritzgussverfahren hergestellt wird, wobei der erste Kunststoff A in einem Kaskadenspritzgussverfahren an den zweiten Kunststoff B angespritzt wird.
Dabei kann der erste Kunststoff A in einem Kaskadenspritzgussverfahren mit fünf Einspritzpunkten an den zweiten Kunststoff B angespritzt werden.
Die beschriebenen Verfahren können in Teilschritten oder in ihrer Gesamtheit auch für metallisierte Kunststoffbauteile eingesetzt werden, die nur aus einer Art von Kunststoff bestehen, der insbesondere galvanisierbar ist. Auch in eine darauf ausgebildete Metallschicht kann mit der Erfindung eine langgestreckte linienhafte Struktur eingebracht werden. Die Erfindung umfasst daher auch folgendes Verfahren:
Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffteils mit einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur in einer Metallschicht mit den folgenden Verfahrensschritten:

a) Erzeugen eines Kunststoffrohlings,
b) Chemisches oder physikalisches Abscheiden einer elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf dem Kunststoffrohling,
c) Strukturieren der ersten Metallschicht durch partielles Abtragen zur Ausbildung einer langgestreckten linienhaften Struktur, und
d) Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht,

Die Merkmale des Verfahrens nach den Ansprüchen 1–24 können dabei alle auch bei einem Verfahren nach dem Anspruch 37 vorgesehen werden.
Weitere Vorteile, Besonderheiten und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Abbildungen.
Von den Abbildungen zeigt:
1 ein Ablaufschema der Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines partiell metallisierten Zweikomponenten-Kunststoffbauteils;
2 eine schematische Darstellung eines langgestreckten Kunststoffbauteils;
3 einen schematischen Querschnitt durch ein partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffbauteil;
4a eine schematische Darstellung eines ersten Schrittes beim Spritzguss eines Zweikomponenten-Kunststoffbauteils;
4b eine schematische Darstellung eines zweiten Schrittes beim Kaskadenspritzguss eines Zweikomponenten-Kunststoffbauteils;
5 eine schematische Darstellung der Erzeugung einer Struktur durch Laserablation;
6 eine schematische Darstellung der Bewegung einer Lasereinheit gegenüber einem Kunststoffbauteil während der Laserablation;
7a eine schematische Darstellung der Lage eines Kunststoffbauteils gegenüber einer Lasereinheit bei Beginn der Laserablation; und
7b eine schematische Darstellung der Bewegung eines Kunststoffbauteils gegenüber einer Lasereinheit während der Laserablation.
1 zeigt ein Ablaufschema der Schritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines partiell metallisierten Zweikomponenten-Kunststoffbauteils.
Im Verfahrensschritt 1 wird in einer Spritzgussform ein Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff B (z. B. Polykarbonat) mittels Spritzguss hergestellt. Dies kann in einem konventionellen Spritzgussverfahren erfolgen, wobei der Teilkörper auch als Kunststoffrohling für das herzustellende Zweikomponenten-Kunststoffbauteil dient. Im Verfahrensschritt 2 wird an diesen Teilkörper vorderseitig eine galvanisierbare Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff A (z. B. ABS/Polykarbonat-Blend) angespritzt, wodurch der als Zwei-Komponenten-(2K)-Bauteil ausgebildete Grundkörper des erfindungsgemäßen Bauteils ausgebildet wird. Da ein langes, schmales Bauteil ausgeformt werden soll, erfolgt die Anspritzung des galvanisierbaren Kunststoffes an den nicht galvanisierbaren Kunststoff vorzugsweise durch einen Kaskadenspritzguss. Dies wird anhand der 4a und 4b näher erläutert.
Im nachfolgenden Verfahrensschritt 3 wird zumindest die Oberfläche der galvanisierbaren Schicht des Bauteils einem Beizprozess unterzogen, bei welchem die Butadienanteile aus der Oberfläche des ABS-Kunststoffanteils herausgelöst werden. Dieser Verfahrensschritt wird bevorzugt in einem Chromschwefelsäurebad ausgeführt. Neben der Aufrauhung der galvanisierbaren Oberfläche des Kunststoff-Bauteils werden u. a. Verunreinigungen von der galvanisierbaren Oberfläche entfernt, insbesondere evtl. anhaftende organische Verunreinigungen.
Im Verfahrensschritt 4 wird die galvanisierbare Oberfläche des Grundkörpers aktiviert, d. h. es wird beispielsweise aus kolloidaler Lösung die Oberfläche mit Palladiumkeimen bekeimt, wobei die Palladiumkeime bevorzugt von einem Zinn-Schutzkolloid bedeckt sind. Das Zinn-Schutzkolloid wird durch Waschen entfernt, wodurch eine Oberfläche mit aktivem Palladium entsteht.
Im Verfahrensschritt 5 wird chemisch, d. h. ohne Anwendung eines Galvanisierungsstroms, eine elektrisch leitende erste Metallschicht auf die aktivierte Oberfläche des Grundkörpers aufgebracht. Hierzu wird der Grundkörper in ein geeignetes Nickelbad eingebracht wird, aus welchem sich Nickel auf der aktivierten Oberfläche des Grundkörpers niederschlägt (sog. „chemisch Nickel”). Die hierbei entstehende dünne Nickelschicht („erste Metallschicht”) weist eine Dicke von etwa einem Mikrometer auf.
In einer alternativen Verfahrensführung wird im Verfahrensschritt 4a die galvanisierbare Oberfläche des Grundkörpers aktiviert, d. h. die Oberfläche wird aus kolloidaler Lösung mit Palladiumkeimen bekeimt, wobei die Palladiumkeime bevorzugt von einem Zinn-Schutzkolloid bedeckt sind. Dieses wird in einem nicht dargestellten Verfahrensschritt in einer alkalischen Lösung durch Kupfer ersetzt. Die hierbei entstehende Kupferschicht bietet eine ausreichend hohe Bedeckung und damit elektrische Leitfähigkeit, um ohne weitere Zwischenschritte (wie z. B. die Abscheidung von chemisch Nickel/chemisch Kupfer) elektrochemisch galvanisiert werden zu können. Dieses Verfahren wird auch als Direktmetallisierung bezeichnet.
Weiterhin ist bekannt, dass auch die Abfolge der in der Figur nicht dargestellten Verfahrensschritte Quellen des Kunststoffs (ABS, ABS-PC, PC, PES, PEI, PEEK, etc.), Beizen in einer oxidierenden Lösung (Chromschwefelsäure, Kaliumpermanganat, etc.), Aktivieren in einer metallkomplexhaltigen Lösung, Vernetzen durch Bildung von Metallsulfiden in einer alkalischen Sulfidlösung und schließlich elektrochemisches Galvanisieren in einem Metallbad es erlaubt, auf eine zeitaufwendige stromlose Abscheidung von chemisch Nickel bzw. chemisch Kupfer zu verzichten.
Im optionalen Verfahrensschritt 6 wird die Schichtdicke der dünnen Nickelschicht mittels elektrochemischer Abscheidung von Nickel oder Kupfer bei niedriger Stromstärke um einige 100 Nanometer erhöht, um die Leitfähigkeit und/oder Stromtragfähigkeit der ersten Metallschicht zu erhöhen („Vornickel”, „Vorkupfer”).
Im nicht dargestellten nächsten Verfahrensschritt wird der auf der galvanisierbaren Oberfläche mit der ersten Metallschicht (d. h. einer dünnen Nickelschicht und ggf. einer Schicht aus Vornickel oder Vorkupfer) bedeckte Grundkörper dem Galvanikprozess entnommen, gewaschen und getrocknet.
Im nächsten Verfahrensschritt 7 wird die erste Metallschicht mittels eines IR-Beschriftungslasers zur Ausbildung einer langgestreckten Struktur strukturiert. Dazu wird der Kunststoffrohling geeignet auf einer Aufnahme fixiert, und für die Laserablation kann ein Nd:YAG oder ein CO₂-Laser eingesetzt werden. Die Laserablation erfolgt dabei gemäß der beschriebenen und insbesondere gemäß der zu den 6, 7a und 7b näher erläuterten Vorgehensweise mit einer wenigstens temporären Relativbewegung zwischen dem Bauteil und wenigstens einem Teil der Lasereinheit.
Nachfolgend werden ein oder mehrere der so hergestellten Kunststoffrohlinge mit nunmehr strukturierter erster Metallschicht dem Galvanik-Prozess zugeführt. Hierbei wird im nächsten Verfahrensschritt 8 in einem ersten (falls Vorkupfer oder Vornickel aufgebracht wurde: zweiten) elektrochemischen Galvanikschritt eine erste metallische Zwischenschicht galvanisch abgeschieden. Diese besteht in der Regel aus Kupfer und weist eine Dicke von typisch zwischen 10 und 40 Mikrometern auf. Bevorzugt wird dieser Galvanikschritt so ausgeführt, dass unabhängig von der Position eines Bauteils auf dem Halter eine minimale Schichtdicke der ersten Zwischenschicht aus Kupfer von 20 Mikrometern erzielt wird.
In den nachfolgenden Verfahrensschritten 9 und 10 wird auf der ersten Zwischenschicht aus Kupfer galvanisch eine zweite Zwischenschicht aus Nickel abgeschieden. Diese kann z. B. als einlagige Schicht aus Mattnickel mit einer Dicke von zumindest 10 Mikrometern ausgeführt sein. Alternativ kann die zweite Zwischenschicht auch als Schichtabfolge von Glanznickel, Halbglanznickel, Mattnickel, mikroporigem Nickel und/oder Rissnickel ausgebildet sein. Bewährt in der Praxis hat sich beispielsweise ein Schichtaufbau aus etwa 5 Mikrometern Halbglanznickel, auf welches nachfolgend eine Schicht mit einer Stärke von etwa 5 Mikrometern aus Mattnickel oder Glanznickel (je nach gewünschter Optik der fertig gestellten metallisierten Oberfläche) aufgebracht wird. Dieser Schichtaufbau weist aufgrund der positiven Eigenschaften von Halbglanznickel eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Sind die metallisierten Bauteile für eine Verwendung in einer stark korrosiven Umgebung vorgesehen, so hat es sich bewährt, zumindest eine Zwischenlage aus Rissnickel zu verwenden, insbesondere eine Schichtabfolge von Halbglanznickel, Glanz- oder Mattnickel und Rissnickel für die zweite Zwischenschicht zu verwenden.
Schließlich wird im Verfahrensschritt 11 auf der zweiten Zwischenschicht aus Nickel galvanisch eine Schicht aus einem Dekormetall abgeschieden wird, bei welchem es sich beispielsweise um Chrom handeln kann. Typische Schichtdicken dieser Dekorschicht liegen i. A. zwischen 100 Nanometern und wenigen Mikrometern, im Fall von Chrom bevorzugt bei zumindest 300 Nanometern.
Optional kann nach dem Herausnehmen des Kunststoffrohlings aus der Galvanik, worauf ein Reinigungs- und ein Trocknungsschritt (in der Figur nicht dargestellt) folgen, in einem weiteren nicht dargestellten Verfahrensschritt eine Einfärbung der metallisierten Oberfläche mittels PVD-Verfahren erfolgen. Hierbei wird eine zwischen 100 Nanometer und wenigen Mikrometern dicke Metallschicht z. B. aus Gold aufgebracht. Hier ist ein weites Farbspektrum erzielbar.
Abschließend kann in einem abschließenden Verfahrensschritt (nicht dargestellt) noch eine Lackschicht aufgebracht werden, welche beispielsweise die Optik der vorderseitig aufgebrachten Metallschicht bzw. deren Korrosionsbeständigkeit verändern bzw. verbessern kann.
Sollen großflächige Strukturen in der metallisierten Oberfläche des Bauteils ausgebildet werden, so kann dies u. a. mittels großflächiger Laserablation erfolgen. Es hat sich aber herausgestellt, dass großflächige Strukturne vorteilhaft auch dadurch erzeugt werden können, dass die erste Metallschicht mit geringer Linienbreite strukturiert wird, dergestalt, dass elektrisch gegenüber den umliegenden Bereichen der ersten Metallschicht isolierte Inseln in der ersten Metallschicht erzeugt werden. Bei den sich an den Strukturierungsschritt anschließenden elektrochemischen Galvanisierungsschritten nimmt diese elektrisch isolierte Insel nicht an der galvanischen Abscheidung teil. Vielmehr löst sich die dort abgeschiedene erste Metallschicht im Galvanobad ab, so dass hier die galvanisierbare Oberfläche des Bauteils freigelegt wird. Die erwähnten feinen Strukturen können dabei auf besonders einfache Weise mittels Laserstrukturierung in der ersten Metallschicht erzeugt werden, beispielsweise durch Laserbeschriftung mit einem scharf fokussierten Laserstrahl, der bevorzugt gepulst ist und nur eine geringe Leistung aufweisen muss.
In einer besonders vorteilhaften Verfahrensführung werden die folgenden Schritte zur Ausbildung der Struktur mittels Laserablation durchlaufen:

a. Freiräumen der von der Kontur der Struktur umschlossenen Fläche, und
b. Schreiben der Kontur der Struktur.

Grundsätzlich ist die Reihenfolge der Verfahrensschritte dabei frei wählbar, wobei es sich in der praktischen Erprobung als vorteilhaft herausgestellt hat, zuerst die Fläche der Struktur frei zu räumen und dann die Kontur der Struktur nachzuschreiben. Beide Verfahrensführungen führen zu einem scharfen Übergang zwischen freien Kunststoffoberfläche und erster Metallschicht, was sich vorteilhaft auf die sich in den nachfolgenden Galvanikschritten ausbildenden weiteren Metallschichten auswirkt. So wurde festgestellt, dass die Metallisierung von Bauteilen, bei denen die erste Metallschicht zur Ausbildung der Struktur wie vorstehend beschrieben strukturiert wurde, nur geringe Überwachsungen im Bereich der zu durchleuchtenden Struktur aufweist. Da Überwachsungen in diesen Bereichen praktisch nicht mit der Oberfläche des Kunststoff-Bauteils verbunden sind, hat eine Minimierung von Überwachsungen unmittelbar vorteilhafte Auswirkungen auf die Haftung der Metallisierung auf der Oberfläche des Bauteils am Rand der Struktur und auf die Dichtigkeit des aufgebrachten metallischen Schichtaufbaus. Während ersteres die mechanische Belastbarkeit des Bauteils verbessert, führt letzteres zu einer deutlichen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Metallisierung.
Zum Freiräumen der von der Kontur der Struktur umschlossenen Fläche wird vorteilhaft der ablatierende Laserstrahl gepulst betrieben und z. B. in Form einer Schraffur über die frei zu räumende Fläche geführt. Dabei werden Vorschub, Verfahrweg, Pulsrepetitionsrate, Fokusgröße und Pulsenergie so eingestellt, dass die sich auf der Bauteiloberfläche ausbildenden Laserspots, d. h. die Bereiche, in denen eine Ablation auftritt, eine ausreichende gegenseitige Überdeckung aufweisen, um in der Summe die gesamte Fläche der Symbolik frei zu räumen.
Die auf diese Weise entstehende Struktur in der ersten Metallschicht kann in Abhängigkeit von den gewählten Verfahrensparametern eine „ausgefranste” Umrandung aufweisen, die den Abstand und die Abmessungen der zum Freiräumen der Fläche verwendeten Laserspots widerspiegelt. Es hat sich daher als vorteilhaft herausgestellt, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt nochmals die Kontur der Struktur mit dem ablatierenden Laserstrahl abgefahren wird. Hierbei können die Ablationsparameter wie z. B. Pulsrepetitionsrate und – energie sowie Vorschub gezielt so verändert werden, dass die Kontur aus kleineren Laserspots mit geringerem Abstand besteht und damit feinere Strukturgrößen aufweist. Dies führt zu einer scharfen Konturierung der in der ersten Metallschicht ausgebildeten Struktur, aus der die vorstehend beschriebenen Vorteile resultieren.
Weiterhin kann beim Ausräumen der Fläche der Struktur die Gefahr einer Schädigung der Kunststoffoberfläche minimiert werden, wenn sich der Verfahrweg des zum Ausräumen verwendeten Laserstrahls auf der innerhalb der Kontur liegenden Oberfläche möglichst nicht selbst schneidet. Auf diese Weise kann eine doppelte Einwirkung des ablatierenden Lasers auf eine Stelle der Oberfläche des Kunststoff-Bauteiss vermieden werden, wodurch laserbedingte Schäden in der Oberfläche minimiert werden.
Beim Ausräumen der Fläche der Struktur und auch beim Schreiben der Kontur kann die Gefahr einer laserbedingten Schädigung des Kunststoffteils noch weiter vermindert werden, indem in einem zweistufigen Verfahren ablatiert wird. Hierbei wird in einem ersten Ablationsschritt mehr als 75% der Schichtdicke der ersten Metallschicht abgetragen, und in einem nachfolgenden zweiten Ablationsschritt die Schichtdicke weiter auf weniger als 5% der ursprünglichen Schichtdicke, bevorzugt auf weniger als 2%, vermindert wird. Generell gilt, dass im zweiten Ablationsschritt die Schichtdicke so weit vermindert wird, dass evtl. verbleibende Reste der ersten Metallschicht in ihrer Dicke so weit reduziert sind, dass die erste Metallschicht lokal keine ausreichende elektrische Leitfähigkeit und/oder Stromtragfähigkeit für eine elektrochemische Abscheidung weiterer Metallschichten mehr aufweist. Ist diese Voraussetzung erfüllt, so nimmt dieser Teil der Oberfläche des Bauteils nicht mehr an der sich anschließenden galvanischen Metallisierung teil. Auch bei dieser speziellen Verfahrensführung ist es zur Vermeidung laserbedingter Schäden vorteilhaft, wenn sich die Verfahrwege des Laserstrahls im ersten und im zweiten Ablationsschritt im Wesentlichen nicht überdecken.
2 zeigt ein langgestrecktes Kunststoffbauteil 10, das wie beschrieben beschichtet und mit einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienförmigen Struktur versehen sein kann, um beispielsweise eine beleuchtete Chromleiste für den Innenraum eines Kraftfahrzeugs zu bilden. Die Abmessungen B × L des Kunststoffrohlings liegen in der Größenordnung von etwa 100 × 1000 mm, so dass es sich um einen relativ langen und schmalen Körper handelt. Er kann jedoch auch andere Abmessungen haben, soweit er wenigstens eine Fläche aufweist, auf welcher eine lange, linienförmige Struktur untergebracht werden kann, die zu hinterleuchten ist.
Das Kunststoffbauteil kann auch gebogen sein, so dass es beispielsweise an einem Ende einen Bogen aufweist. Die Tiefe T des Bauteils liegt dann beispielsweise in der Größenordnung von 40–60 mm, insbesondere bei etwa 55 mm.
3 zeigt einen schematischen Querschnitt A-A durch ein Kunststoffbauteil 10 gemäß 2. Hierbei ist zu sehen, dass es sich um ein beschichtetes Zweikomponenten-Kunststoffbauteil mit einer Rückseite auf der linken Seite und einer Vorderseite auf der rechten Seite handelt. Die Vorderseite wird durch einen ersten Bereich 11 aus einem galvanisierbaren Kunststoff A gebildet, während die Rückseite durch einen zweiten Bereich 12 aus einem nicht-galvanisierbaren Kunststoff B gebildet wird.
Auf dem galvanisierbaren Kunststoff B wurde gemäß der zuvor beschriebenen Verfahrensschritte eine Metallschicht 13 abgeschieden, welche den Kunststoff A vollständig bedeckt. Auf der Oberfläche des anderen Kunststoffs B befindet sich keine Metallschicht, da diese Oberfläche durch die Vorbehandlungsschritte nicht so aktiviert wurde, dass sich eine Metallschicht aufbringen ließ. In diese Metallschicht 13 wurde mittels Laserablation eine Struktur 14 eingebracht, die hinterleuchtbar ist, wenn es sich bei den Kunststoffen A und B um transparente bzw. transluzente Kunststoffe handelt. Bei der Metallschicht 13 kann es sich auch schon um die Kombination der chemisch abgeschiedenen Metallschicht gemäß der Verfahrensschritte 4a oder 5 aus 1 und der anschließend galvanisch aufgebrachten Metalldekorschicht gemäß dem Verfahrensschritt 11 aus 1 handeln.
4a zeigt die Herstellung eines Zweikomponenten-Kunststoffrohlings, der als Grundkomponente für ein partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffbauteil 10 dienen kann. Dabei muss beachtet werden, dass eine lange Leiste ohne Bindenähte, die zu einem Oberflächenfehler in der Metalldekorschicht führen könnten, erzeugt werden muss. Der Kunststoffrohling wird beispielsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt, wobei zuerst der zweite Bereich 12 aus einem nicht-galvanisierbaren Kunststoff B in einem konventionellen Spritzgussverfahren hergestellt wird, um einen Zwischenrohling 15' herzustellen. Dazu können in einem Werkzeug (nicht dargestellt) mehrere – insbesondere drei – Einspritzpunkte vorgesehen werden.
Nach Ausformung des zweiten Bereiches innerhalb des 2K-Werkzeugs wird der erste Bereich 11 aus einem galvanisierbaren Kunststoff A vorzugsweise in einem Kaskadenspritzguss an den zweiten Bereich angespritzt, wie es der 4b zu entnehmen ist, wodurch der endgültige Kunststoffrohling 15 hergestellt wird. Hierbei kann es sich um einen 5-fach-Kaskadenspitzguss handeln, so dass entlang des Bauteils fünf Einspritzpunkte vorgesehen werden. Zuerst wird Material in den mittleren Einspritzpunkt eingespritzt, das sich zu beiden Seiten im Werkzeug ausbreitet. Dann wird Material in die beiden nächstliegenden Einspritzpunkte gespritzt, das sich ebenfalls zu beiden Seiten ausbreitet. Anschließend wird Material den beiden äußeren Einspritzpunkten zugeführt, so dass sich insgesamt eine sequentielle Befüllung des Werkzeugs mit dem galvanisierbaren Kunststoff ergibt. So lässt sich ein hochwertiges Bauteil ohne Bindenähte in der Oberfläche des ersten Kunststoffes herstellen.
Die partielle Abtragung einer Metallschicht mittels Laserablation von einem Kunststoffbauteil 10 bzw. einem Kunststoffrohling 15 ist schematisch in 5 gezeigt. Dazu wird eine Lasereinheit 20 eingesetzt, welche wenigstens eine Laserquelle 21 und einen Scanner 22 umfasst, mit welcher der Laserstrahl 23 gezielt auf das Bauteil 10 gerichtet werden kann. Der Scanner 22 kann auch als Scannerkopf bezeichnet werden und umfasst beispielsweise einen beweglichen Spiegel, mit dem der Laserstrahl 23 auch bei feststehender Lasereinheit 20 und fest stehendem Bauteil 15 auf der Metallschicht 13 bewegt werden kann, um so eine Struktur 14 innerhalb der Metallschicht 13 abzutragen. Die Ausdehnung der so herstellbaren Strukturen ist jedoch begrenzt.
Um auch langgestreckte linienförmige Strukturen ausbilden zu können, sieht ein Aspekt der Erfindung daher vor, dass das Bauteil 15 und wenigstens ein Teil der Lasereinheit 20 gegeneinander beweglich ausgeführt sind. Dies bedeutet, dass die Lasereinheit 20 mit all ihren Komponenten feststehen kann, während das Bauteil 15 vor der Lasereinheit 20 entsprechend entlang einer Bahn bewegt wird, so dass der Laserstrahl 23 immer an einer anderen Stelle auf die Metallschicht 13 trifft. Dies kann jedoch auch bedeuten, dass das Bauteil 15 feststeht, während die Lasereinheit 20 vor dem Bauteil 15 entsprechend entlang einer Bahn bewegt wird, so dass der Laserstrahl 23 ebenfalls immer an einer anderen Stelle auf die Metallschicht 13 trifft. Ferner kann es bedeuten, dass das Bauteil 15 und die Laserquelle 21 feststehen und nur der Scannerkopf 22 entlang einer Bahn um das Bauteil 15 herum bewegt wird. Auch eine gleichzeitige Bewegung von Bauteil 15 und Lasereinheit 20 ist von der Erfindung umfasst.
Alle genannten Bewegungen bedingen unter Umständen nicht nur eine gerade Bewegung entlang einem geraden und ebenen Teil des Bauteils, sondern auch eine Kurvenbahn entlang des Bogens am Ende des Bauteils 15.
6 zeigt beispielhaft und lediglich schematisch ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Bauteil 15 feststeht und sich die Lasereinheit 20 zusammen mit dem Laser 21 und dem Scanner 22 auf einer Bahn 30 entlang dem Bauteil 10 bewegt. Dabei ist die Lasereinheit 20 bereits soweit gerade entlang des Bauteils 15 verfahren worden, dass ein Teilabschnitt einer linienhaften Struktur 14 erzeugt wurde. Fährt die Lasereinheit 20 weiter entlang der Bahn 30 um den Bogen des Bauteils 15 herum, kann diese linienhafte Struktur bis zum Ende des Bauteils verlängert werden. Diese Situation ist in 6 gestrichelt angedeutet. So kann eine langgestreckte linienhafte Struktur 14 erzeugt werden, die insbesondere mehr als 500 mm, insbesondere auch mehr als 800 mm oder mehr als 1000 mm lang sein kann. Die Struktur 14 kann dabei auch in die Tiefe gehen und so auch auf dem Bogen am Ende des Bauteils 15 vorliegen. Die Struktur 14 wird somit 3-dimensional ausgeführt und die Hinterleuchtung des resultierenden Kunststoffbauteils kann so auch in mehrere Richtungen erfolgen.
7a zeigt beispielhaft und lediglich schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem die Lasereinheit 20 zusammen mit dem Laser 21 und dem Scanner 22 feststeht, während sich das Bauteil 15 auf einer Bahn entlang der Lasereinheit 20 bewegt. In der Situation der 7 beginnt die Laserablation soeben am geraden Ende des Bauteils 15 und das Bauteil 15 wird bewegt werden, damit immer ein anderer Punkt vor dem Laser liegt.
7b zeigt die Laserablation zu einem späteren Zeitpunkt, nachdem das Bauteil bereits zu einem großen Teil entlang der Bahn 31 am Laser vorbeigeführt wurde, um eine linienhafte Struktur 14 zu erzeugen und nun der Bogen am Ende des Bauteils 15 erreicht ist. Jetzt muss das Bauteil 15 so geschwenkt werden, dass der Fokus des Laserstrahls 23 immer noch unter einem geeigneten Winkel auf die Oberfläche des Bauteils 15 trifft. Diese Bahn 31, auf welcher sich beispielsweise der untere Endpunkt des Bauteils 15 bewegt, entspricht nicht genau der Form des Bauteils 15 bzw. der auszubildenden Struktur 14. Die Bahn 31 hat jedoch einen geraden Teil und einen gebogenen Teil wie das Bauteil 15 bzw. die Struktur 14.
Ferner kann vorgesehen sein, dass nicht die gesamte Lasereinheit 20 verfahren wird, sondern lediglich der Scannerkopf 22, während zumindest die Laserquelle 21 feststeht. Auch sind Mischformen denkbar, bei denen zuerst das Bauteil 15 gegenüber einem Teil oder der gesamten Lasereinheit 20 verfahren wird, während die Lasereinheit 20 feststeht und dann die Lasereinheit 20 feststeht und das Bauteil 15 verfahren wird. Auch in umgekehrter Reihenfolge ist dies durchführbar.
Außerdem kann die Bewegung der Komponenten zueinander kontinuierlich oder schrittweise erfolgen, wobei nach jedem Schritt eine Phase des Stillstands eintritt, innerhalb der ein Abschnitt der linienhaften Struktur auf andere Weise erzeugt wird. Beispielsweise kann in dieser Phase nur eine Bewegung des Scannerkopfes 22 relativ zur ansonsten fest stehenden Lasereinheit 20 genutzt werden. Diese Schritte können in etwa 100 mm lang sein.
Die Struktur 14 muss nicht am Anfang des Bauteils 15 beginnen und am Ende des Bauteils 15 enden, sondern sie kann auch entfernt von den Enden des Bauteils 15 beginnen und enden, so dass ein schmales, langes Bauteil beispielsweise nur in seinem Mittelbereich hinterleuchtbar ist. Die Dicke der linienhaften Struktur liegt beispielsweise in der Größenordnung von 0,1 mm bis 2 mm, vorzugsweise unterhalb von 1 mm. Auch können die Enden des Bauteils aus nur einem Kunststoff geformt werden, während sich ein 2K-Bereich aus zwei Kunststoffen ebenfalls nur im mittleren Bereich befindet.
In allen Ausführungsbeispielen kann das Bauteil 15 auf einer Aufnahme fixiert sein, welche durch ein Antriebsmittel zusammen mit dem Bauteil bewegt wird, falls eine Lösung mit beweglichem Bauteil gewählt wird.
Die Lasereinheit 20 und oder das Bauteil 10 können auf einer Werkzeugmaschine montiert sein, welche durch einen Antrieb verfahrbar ist. Dabei müssen die Vorschubleistung und die Laserleistung aufeinander abgestimmt werden.
Bezugszeichenliste

10: Kunststoffbauteil (metallisiert), Zweikomponenten-Kunststoffbauteil (partiell metallisiert)
11: Erster Bereich, galvanisierbarer Kunststoff, Kunststoff A,
12: Zweiter Bereich, nicht-galvanisierbarer Kunststoff, Kunststoff B, Polykarbonat, PC
13: Metalldekorschicht, Metallschicht
14: Struktur (hinterleuchtbar, langgestreckt, linienhaft)
15, 15': Kunststoffrohling, Teilkörper
20, 20': Lasereinheit
21, 21': Laserquelle
22, 22': Spiegel, Scanner, Scannerkopf
23, 23': Laserstrahl
30: Bewegungsbahn wenigstens eines Teils der Lasereinheit
31: Bewegungsbahn des Kunststoffbauteils/Zweikomponenten-Kunststoffbauteils

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10208674 B4 [0004]
DE 102006037535 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines partiell metallisierten Zweikomponenten-Kunststoffteils (10) mit einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur (14) mit den folgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines partiell galvanisierbaren Kunststoffrohlings (15), welcher wenigstens einen ersten Bereich (11) aus einem ersten Kunststoff A und einen zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff B umfasst, die in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (15) zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei der erste Kunststoff A des ersten Bereiches (11) ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff B des zweiten Bereiches (12) ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, b. Chemisches oder physikalisches Abscheiden einer elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht (13) auf dem galvanisierbaren Bereich (11) des Kunststoffrohlings (15), c. Strukturieren der ersten Metallschicht (13) durch partielles Abtragen zur Ausbildung einer langgestreckten linienhaften Struktur (14), und d. Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht (13), dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der ersten Metallschicht (13) mittels Laserablation durch eine Lasereinheit (20) erfolgt, wobei der Kunststoffrohling (15) und wenigstens ein Teil der Lasereinheit (20) bei der Erzeugung der langgestreckten linienhaften Struktur (14) so gegeneinander bewegt werden, dass sich ihre absolute Position im Raum wenigstens temporär verändert.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffrohling (15) und wenigstens ein Teil der Lasereinheit (20) bei der Erzeugung der langgestreckten linienhaften Struktur (14) wenigstens teilweise entlang einer Bahn gegeneinander bewegt werden, die im Wesentlichen der langgestreckten Ausdehnung der linienhaften Struktur (14) entspricht.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Teil der Lasereinheit (20) fest steht, während der Kunststoffrohling (15) gegenüber diesem Teil der Lasereinheit (20) bewegt wird.
Verfahren nach einem oder beiden der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffrohling (15) fest steht, während wenigstens ein Teil der Lasereinheit (20) gegenüber dem Kunststoffrohling (15) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (20) einen Scannerkopf (22) und eine Laserquelle (21) umfasst, und nur der Scannerkopf (22) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasereinheit (20) einen Scannerkopf (22) und eine Laserquelle (21) umfasst, und der Scannerkopf (22) und die Laserquelle (21) gemeinsam bewegt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich Phasen abwechseln, in denen der wenigstens eine Teil der Lasereinheit (20) fest steht, während der Kunststoffrohling (15) gegenüber diesem Teil der Lasereinheit (20) bewegt wird, und in denen der Kunststoffrohling (15) fest steht, während wenigstens ein Teil der Lasereinheit (20) gegenüber dem Kunststoffrohling (15) bewegt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Kunststoffrohlings (15) und des wenigstens einen Teils der Lasereinheit (20) gegeneinander kontinuierlich erfolgt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegung des Kunststoffrohlings (15) und des wenigstens einen Teils der Lasereinheit (20) gegeneinander schrittweise erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen jedem Bewegungsschritt eine Phase des Stillstands liegt, in welcher die Lasereinheit (20) einen Teilabschnitt der langgestreckten linienhaften Struktur (14) erzeugt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des ersten Kunststoffs A vor dem Schritt b) durch Vorbehandlungsschritte in Form von Beizen, Aufrauhen und/oder Aufquellen in eine Oberfläche gewandelt wird, die galvanisierbar ist, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs B den gleichen Vorbehandlungsschritten unterworfen wird, durch welche sie nicht gleichzeitig in eine Oberfläche gewandelt wird, die galvanisierbar ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zum chemischen Abscheiden der elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht (13) eine Schicht aus Palladiumkeimen partiell auf den galvanisierbaren Bereich (11) aufgebracht wird, indem die Oberfläche des ersten Kunststoffs A durch die Vorbehandlungsschritte in eine Oberfläche gewandelt wurde, die durch die Palladiumkeime aktiviert wird, während die Oberfläche des zweiten Kunststoffs B durch die gleichen Vorbehandlungsschritte nicht in eine Oberfläche gewandelt wurde, die durch die Palladiumkeime aktiviert wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgebrachten Palladiumkeime mit einer Zinn-Schutzkolloid-Schicht versehen werden.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem chemischen Abscheiden der ersten Metallschicht (13) die Zinn-Schutzkolloid-Schicht entfernt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffrohling (15) in Schritt a) im Spritzgussverfahren hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Bereich (11) aus einem ersten Kunststoff A an den zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff B im Spritzgussverfahren angespritzt wird, oder umgekehrt.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff A in einem Kaskaden-Spritzgussverfahren an den zweiten Kunststoff B angespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff A in einem Kaskadenspritzgussverfahren mit fünf Einspritzpunkten an den zweiten Kunststoff B angespritzt wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff A ein Polyamid, ABS oder ABS/Polykarbonat-Blend ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kunststoff B ein Polykarbonat ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff A und/oder der Kunststoff B transparent bzw. transluzent ist.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass für die Laserablation ein gepulster Laser verwendet wird.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass für die Laserablation ein Laser verwendet wird, dessen Wellenlänge eine niedrige Absorption im ersten Kunststoff A und/oder im zweiten Kunststoff B erfährt.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nd:YAG, ein CO₂- oder ein UV-Laser verwendet wird.
Partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil (10), das aus einem langgestreckten Kunststoffrohling (15) gebildet ist, welcher wenigstens einen ersten Bereich (11) aus einem ersten Kunststoff A und einen zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff B umfasst, wobei der erste Kunststoff A des ersten Bereiches (11) ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff B des zweiten Bereiches (12) ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, und der galvanisierbare Bereich (11) mit einer Metalldekorschicht versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass in die Metalldekorschicht eine hinterleuchtbare, langgestreckte linienhafte Struktur (14) eingebracht ist.
Partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweikomponenten-Kunststoffteil (10) nach einem Verfahren gemäß einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 24 hergestellt wurde.
Partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil nach einem oder beiden der Ansprüche 25 und 26, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Ausdehnung des Zweikomponenten-Kunststoffteils (10) in der Größenordnung von 100 mm bis 1000 mm, insbesondere bei 500 mm bis 1000 mm liegt.
Partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge L des Zweikomponenten-Kunststoffteils (10) in der Größenordnung von 100 mm bis 1000 mm, insbesondere bei 500 mm bis 1000 mm liegt.
Partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite B des Zweikomponenten-Kunststoffteils (10) in der Größenordnung von 20 mm bis 100 mm liegt.
Partiell metallisiertes Zweikomponenten-Kunststoffteil nach einem oder mehreren der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Zweikomponenten-Kunststoffteil (10) gebogen ausgebildet ist und eine Tiefe T in der Größenordnung von 20 mm bis 60 mm, insbesondere von etwa 55 mm hat.
Vorrichtung zur Erzeugung einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur (14) in einer Metallschicht (13) auf einem Kunststoffbauteil (15), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Aufnahme des Kunststoffbauteils (15) und eine Lasereinheit (20) zur Einbringung der langgestreckten linienhaften Struktur (14) in die Metallschicht (13) aufweist, und die Vorrichtung ferner Antriebsmittel zur Bewegung des Kunststoffbauteils (15) und wenigstens eines Teils der Lasereinheit (20) gegeneinander aufweist, wobei das Kunststoffbauteil (15) und der wenigstens eines Teil der Lasereinheit (20) so gegeneinander bewegbar sind, dass ihre absolute Position im Raum wenigstens temporär veränderlich ist.
Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Fixierung des Kunststoffbauteils (15) auf der Aufnahme aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Fixierung des Kunststoffbauteils (15) auf der Aufnahme Spanner, insbesondere Exzenterspanner umfassen.
Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Mittel zur Durchführung eines Verfahrens nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 30 aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines langgestreckten Kunststoffrohlings (15), welcher wenigstens einen ersten Bereich (11) aus einem ersten Kunststoff A und einen zweiten Bereich (12) aus einem zweiten Kunststoff B umfasst, die in der Oberfläche des Mehrkomponenten-Kunststoffrohlings (15) zumindest bereichsweise aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei der erste Kunststoff A des ersten Bereiches (11) ein Kunststoff ist, mit dem durch Vorbehandlungsschritte ein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, während der zweite Kunststoff B des zweiten Bereiches (12) ein Kunststoff ist, mit dem durch die gleichen Vorbehandlungsschritte gleichzeitig kein galvanisierbarer Bereich erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoffrohling (15) im Spritzgussverfahren hergestellt wird, wobei der erste Kunststoff A in einem Kaskadenspritzgussverfahren an den zweiten Kunststoff B angespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kunststoff A in einem Kaskadenspritzgussverfahren mit fünf Einspritzpunkten an den zweiten Kunststoff B angespritzt wird.
Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffteils mit einer hinterleuchtbaren, langgestreckten linienhaften Struktur in einer Metallschicht mit den folgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines Kunststoffrohlings, b. Chemisches oder physikalisches Abscheiden einer elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf dem Kunststoffrohling, c. Strukturieren der ersten Metallschicht durch partielles Abtragen zur Ausbildung einer langgestreckten linienhaften Struktur, und d. Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturierung der ersten Metallschicht mittels Laserablation durch eine Lasereinheit erfolgt, wobei der Kunststoffrohling und wenigstens ein Teil der Lasereinheit bei der Erzeugung der langgestreckten linienhaften Struktur so gegeneinander bewegt werden, dass sich ihre absolute Position im Raum wenigstens temporär verändert.