DE102019130720A1

DE102019130720A1 - Verfahren zur Herstellung eines metallisierten Kunststoffbauteils mit durchleuchtbarer Symbolik sowie metallisiertes Kunststoffbauteil mit durchleuchtbarer Symbolik

Info

Publication number: DE102019130720A1
Application number: DE102019130720.1A
Authority: DE
Inventors: Franz Huber; Andreas Kraus
Original assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Current assignee: KUNSTSTOFFTECHNIK BERNT GmbH
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-20

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise metallisierten Kunststoffbauteils (1) mit durchleuchtbarer Symbolik (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Zudem betrifft die Erfindung ein Kunststoffbauteil (1) mit durchleuchtbarer Symbolik, welches zumindest teilweise metallisiert ist, und insbesondere für eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, umfassend einen Kunststoff-Grundkörper mit zumindest einer ersten und zweiten Metallschicht.Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren lassen sich Kunststoffbauteile (1) in Serie kostengünstig, einfache Weise und präzise fertigen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise metallisierten Kunststoffbauteils mit durchleuchtbarer Symbolik, insbesondere für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kunststoffbauteil, welches zumindest teilweise metallisiert ist, eine durchleuchtbare Symbolik aufweist, und insbesondere für eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Derartige Kunststoffbauteile kommen - wie erwähnt - insbesondere in Kraftfahrzeugen zum Einsatz, beispielsweise als Bedienelement für bordeigene Fahrerinformationssysteme oder für die Aktivierung fahrzeugeigener Funktionen wie einer Fahrzeuginnenraumbeleuchtung, ferner auch als Start/Stopp-Knopf, Bedienelemente einer Klimaanlage, Schalter für eine Fahrzeugbeleuchtung etc. Auch können derartige Kunststoffbauteile aus dekorativen oder ästhetischen Zwecken in einem Fahrzeug vorgesehen werden, beispielsweise als durchleuchtbares Kunststoffbauteil zur Erzeugung eines optisch ansprechenden Lichteffekts im Fahrzeuginnenraum (sog. Ambiente-Beleuchtung). Auch der Einsatz als durchleuchtbare Tür- oder Fensterleiste kommt in Betracht.
Zur Fertigung von metallisierten Kunststoffbauteilen sind aus dem Stand der Technik im Wesentlichen zwei Verfahren bekannt. Diese basieren entweder auf der Metallisierung eines aus einem Kunststoff gefertigten Bedienelements mittels PVD-Verfahren (physical vapor deposition), oder auf der Galvanisierung eines Bedienelements aus Kunststoff mittels elektrochemischer Verfahren. Während es beide Verfahren grundsätzlich erlauben, haltbare Metallbeschichtungen auf Kunststoffbauteile aufzubringen, ist es bis zum heutigen Tag problematisch, mittels PVD-Verfahren 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.
Der DE 10 208 674 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einseitig galvanisch metallisierter Kunststoff-Bedienelemente zu entnehmen. Insbesondere wird ein Verfahren zur Herstellung eines vorderseitig galvanisch metallisierten Bedienelements mit hinterleuchtbaren Symbolen offenbart, wobei im Rahmen des offenbarten Verfahrens in einem ersten Schritt ein Grundkörper aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoffmaterial mit einer Vorderseite und einer Rückseite hergestellt wird, wobei im nachfolgenden Verfahrensschritt ein Bereich der Rückseite abgedeckt oder abgeschirmt wird, um eine galvanische Beschichtung in diesem Bereich zu vermeiden. Dann wird der Grundkörper mit aufgebrachter Abdeckung bzw. Abschirmung elektrisch kontaktiert. Nachfolgend wird der Grundkörper chemisch bzw. optional galvanisch vorbehandelt zur Erzeugung einer dünnschichtigen Metallschicht außerhalb des abgedeckten Bereichs. Anschließend wird diese erste Metallschicht zur Erzeugung des Symbols partiell abgetragen. Schließlich wird auf galvanischem Wege die metallische Oberflächenbeschichtung fertiggestellt. In der genannten Patentanmeldung wird vorgeschlagen, zum partiellen Abtragen der Metallschicht entweder einen Schutzlack auf die Metallschicht aufzubringen und nachfolgend die nicht durch den Schutzlack abgedeckten Bereiche der Metallschicht auszuätzen. Alternativ wird vorgeschlagen, das Symbol mittels Laserablation zu erzeugen.
Aus der DE 10 2010 016 973 B4 ist ein Herstellungsverfahren für ein Kunststoff-Bedienelement aus einem zweiteiligen Kunststoff-Grundkörper bekannt, mit einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff A, und einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff B. Der Kunststoff-Grundkörper wird durch Spritzgießen gefertigt. Im Anschluss daran wird durch chemisches oder physikalisches Abscheiden eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers abgeschieden. In Folge dessen wird die erste Metallschicht durch partielles Abtragen zur Ausbildung der Symbolik strukturiert, und im Anschluss durch elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht abgeschieden.
Bei diesen Verfahren werden die Bauteile nach dem Spritzgießen und einer chemisch- physikalischen Vorbehandlung einem Galvanikprozess zugeführt. Zur Strukturierung, beispielsweise zur Laserstrukturierung, müssen die Bauteile dem Galvanikprozess entnommen werden. Daraufhin werden die so behandelten Bauteile erneut dem Galvanikprozess zugeführt und die Abscheidung fortgesetzt. Dieser zusätzliche Arbeitsgang zur Strukturierung der abgeschiedenen Metallfläche erhöht die Kosten und den Produktionsaufwand.
Aus der DE 20 2015 006 095 U1 ist ein galvanisch dekoriertes Bauteil bekannt, welches im Wege einer laseraktivierten Transferbedruckung samt anschließender galvanischer Bearbeitung gefertigt wird. Nach dem Spritzgießen eines Kunststoffkörpers wird ein Druckbild aus einem nicht-galvanisierbaren Lack auf den Kunststoffkörper aufgebracht. Das Druckbild wird dabei von einem auf einem Träger aufgedruckten Druckbild durch Temperatureintrag durch einen Laserstrahl auf das Bauteil übertragen. Nachteilig bei einer derartigen Applikation ist der relativ hohe Energieaufwand und vergleichsweise hohe Anschaffungskosten für eine derartige Druckmaschine.
Aus der DE 10 2007 015 625 B4 ist Verfahren zur Herstellung eines vorderseitig galvanisch beschichteten Bedien-, Dekor oder Anzeigeelements bekannt. Dabei wird bei einem galvanisch behandelbaren Grundkörper, beispielsweise einem Kunststoffrohling, eine eine Symbolik bereitstellende Maskierung aus nicht galvanisierfähigem Material aufgebracht. Dies kann durch Drucken mit einem transparenten oder durchscheinenden Lack erfolgen. Alternativ kann die Symbolik aufgeschweißt werden. Im Anschluss an den Druckvorgang wird auf galvanischem Wege Metall auf den nicht-bedruckten Bereichen abgeschieden. Diesem Vorgang können Vorbehandlungsschritte vorgelagert sein. Bei einem solchen Verfahren ist es nachteilig, dass es der aufgedruckten Symbolik in deren Randbereichen häufig an einer scharfen Kontur mangelt. In Folge dessen kann es in diesen Bereichen, bei der weiteren Beschichtung in der der Galvanik, zu einer unzureichenden Metallabscheidung kommen. Dies kann einerseits zu optischen Mängeln in Form von ungewünscht unscharfen Materialübergängen und andererseits zu einem Abplatzen des aufgebrachten Metalls in den Randbereichen zur Symbolik führen.
Aus der DE 10 2010 064 521 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines einseitig metallisierten Bedienelements aus Kunststoff mit hinterleuchtbarer Symbolik bekannt, bei dem in einem ersten Verfahrensschritt ein Kunststoff-Grundkörper mit einem rückseitig angeordneten Teilkörper aus einem nicht galvanisierbaren Kunststoff und einer vorderseitig angeordneten galvanisierbaren Schicht aus einem galvanisierbaren Kunststoff erzeugt wird. Danach wird chemisch oder physikalisch eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers abgeschieden. In Folge dessen wird die erste Metallschicht strukturiert durch partielles Abtragen mittels Laserablation zur Ausbildung der Symbolik, wobei zur Ausbildung der Symbolik die von der Kontur der Symbolik umschlossene Fläche freigeräumt wird und danach die Kontur der Symbolik geschrieben wird. Im Anschluss erfolgt eine elektrochemische Abscheidung zumindest einer zweiten Metallschicht auf der strukturierten ersten Metallschicht. Das in der DE 10 2010 064 521 B3 beschriebene Verfahren beschränkt sich jedoch auf die Ausbildung hinterleuchtbarer Strukturen in 2K-Bauteilen.
Basierend auf den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise metallisierten Kunststoffbauteils, insbesondere 1-K Bauteils, mit durchleuchtbarer Symbolik bereitzustellen, mit welchem sich derartige Kunststoffbauteile in Serie kostengünstig, einfach und präzise fertigen lassen. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein zumindest teilweise metallisiertes Kunststoffbauteil, insbesondere 1-K Bauteil, mit durchleuchtbarer Symbolik bereitzustellen, welches in Serie kostengünstig, einfach und präzise herstellbar ist.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einem Kunststoffbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Erfindungsgemäß vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise metallisierten Kunststoffbauteils mit durchleuchtbarer Symbolik, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den folgenden Verfahrensschritten:

a. Erzeugen eines Kunststoff-Grundkörpers aus einem galvanisierbaren Kunststoff, der zumindest eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist;
b. Ausbilden der durchleuchtbaren Symbolik im Bereich der Vorderseite und/oder einem der Symbolik gegenüberliegenden Lichteinfallbereich im Bereich der Rückseite in einer ersten oder zweiten Ausbildungsvariante, wobei
1. i. gemäß der ersten Ausbildungsvariante
  - - eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht chemisch oder physikalisch auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschieden wird, sowie
  - - im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs die erste Metallschicht mittels Laserablation abgetragen wird;
2. ii. gemäß der zweiten Ausbildungsvariante
  - - eine Auftragsmasse auf den Kunststoff-Grundkörper zumindest im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs aufgebracht wird,
  - - die Symbolik respektive der Lichteinfallbereich ausgebildet wird durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik respektive den Lichteinfallbereich ausbildenden Bereichen,
  - - jene außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegende Auftragsmasse von dem Kunststoff-Grundkörper entfernt wird,
  - - chemisch oder physikalisch eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf den außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegenden Bereichen auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschieden wird;
c. Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der ersten Metallschicht.

Mit dem genannten Verfahren lässt sich demnach ein Kunststoffbauteil mit durchleuchtbarer Symbolik herstellen, welches zumindest teilweise metallisiert ist, und insbesondere für eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, umfassend einen Kunststoff-Grundkörper mit zumindest einer ersten und zweiten Metallschicht. Das genannte Kunststoffbauteil ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung und umfasst die folgenden Merkmale:

a. der Kunststoff-Grundkörper ist, vorzugsweise vollständig, aus einem galvanisierbaren Kunststoff gefertigt, wobei der Kunststoff-Grundkörper zumindest eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist;
b. die durchleuchtbare Symbolik ist im Bereich der Vorderseite ausgebildet, während in einem der Symbolik gegenüberliegenden Bereich der Rückseite ein Lichteinfallbereich ausgebildet ist, wobei die durchleuchtbare Symbolik und/oder der Lichteinfallbereich nach einer ersten oder zweiten Ausbildungsvariante ausgebildet sind, wobei
1. i. gemäß der ersten Ausbildungsvariante die Symbolik respektive der Lichteinfallbereich im Wege einer laserablativen Abtragung einer elektrisch leitfähigen, auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschiedenen, ersten Metallschicht ausgebildet sind,
2. ii. gemäß der zweiten Ausbildungsvariante die Symbolik respektive der Lichteinfallbereich durch eine auf den Kunststoff-Grundkörper zumindest im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs aufgebrachte und laserlithographisch bearbeitete Auftragsmasse ausgebildet ist, wobei auf dem Kunststoff-Grundkörper zumindest teilweise eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht angeordnet ist;
c. die zweite Metallschicht ist auf der ersten Metallschicht angeordnet.

Bereits an dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass die im Rahmen der nachfolgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines zumindest teilweise metallisierten Kunststoffbauteils sowie des Kunststoffbauteils als solchem, sowie die im Rahmen der Beschreibung diesbezüglicher vorteilhafter Ausgestaltungsvarianten genannten Merkmale jeweils vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens und/oder des Kunststoffbauteils bereitstellen können. Die Anmelderin behält sich vor, entsprechende Merkmale in den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche aufzunehmen.
Wie erwähnt, ist das mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kunststoffbauteil insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen vorgesehen. Unter einem Kraftfahrzeug kann im Sinne der Erfindung ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Fahrzeug zur Personenbeförderung im öffentlichen Transport, z.B. ein Bus, ein Agrarfahrzeug oder ein Baustellenfahrzeug verstanden werden. Selbstverständlich können derart hergestellte Kunststoffbauteile auch bei Flugzeugen, Schiffen oder schienengebundenen Fahrzeugen Verwendung finden. Ferner können derartige Kunststoffbauteile Bestandteil von Haushalts- und Sanitärgeräten sein.
Nach dem beschriebenen Herstellungsverfahren lassen sich zumindest teilweise metallisierte Kunststoffbauteile mit durchleuchtbarer Symbolik fertigen, dessen Kunststoff-Grundkörper aus einer einzelnen Kunststoffkomponente besteht (sog. 1K-Bauteile). Bei der genannten Kunststoffkomponente handelt es sich insbesondere um einen transparenten oder transluzenten Kunststoff, der gleichzeitig galvanisierbar ist.
Verfahrensgemäß wird in einem Verfahrensschritt a. zunächst ein Kunststoff-Grundkörpers aus einem galvanisierbaren Kunststoff erzeugt, der zumindest eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist. Mit den Bezeichnungen „Vorderseite“ und „Rückseite“ ist die räumliche Form und Geometrie des Kunststoff-Grundkörpers jedoch nicht auf Kunststoff-Grundkörper mit einer flächigen bzw. plan ausgebildeten Vorder- und Rückseite beschränkt. Auch kann die Vorder- und/oder Rückseite eine von einer planen Oberfläche abweichende Form aufweisen, beispielsweise eine gekrümmte Oberfläche oder eine Materialerhebungen und/oder Materialsenken.
Erfindungsgemäß wird im Bereich der Vorderseite eine durchleuchtbare Symbolik ausgebildet. Gleichsam wird in einem der Symbolik gegenüberliegenden Bereich der Rückseite ein Lichteinfallbereich ausgebildet. Dadurch wird gewährleistet, dass ein derart hergestelltes Kunststoffbauteil - beispielsweise in einem funktionsgemäßen Einbauzustand in einem Kraftfahrzeug - von der Rückseite mit Licht durchleuchtet werden kann. Dadurch kann bei Ansicht der Vorderseite des Kunststoffbauteils - insbesondere in einem funktionsgemäßen Einbauzustand in einem Kraftfahrzeug - Licht wahrgenommen werden, die Symbolik wird also durch- bzw. hinterleuchtet. Gleichsam wird mit einer derartigen Ausbildung ermöglicht, außerhalb der Symbolik eine metallisierte Oberfläche bereitzustellen.
Unter einem „Lichteinfallbereich“ ist im Rahmen der Erfindung ein jener Bereich der Rückseite des Kunststoffbauteils zu verstehen, der keine Metallisierung aufweist. Aufgrund der Metallisierungsfreiheit (in diesem Bereich ist weder die genannte erste Metallschicht, noch die zweite Metallschicht auf dem Kunststoffgrundkörper abgeschieden) kann auf den Lichteinfallbereich - von der Rückseite des Kunststoffbauteils - einfallendes Licht durch den (transparenten oder transluzenten) Kunststoffgrundkörper hindurchtreten und in den die Symbolik ausbildende Bereichen auf der Vorderseite des Kunststoffbauteils aus dem Kunststoff-Grundkörper austreten, und optisch wahrgenommen werden. Auch jene die Symbolik auf der Vorderseite des Kunststoffbauteils ausbildenden Bereiche sind frei von der ersten und zweiten Metallschicht. Auf der Rückseite des Kunststoffbauteils kann in einem funktionsgemäßen Einbauzustand des Kunststoffbauteils (z.B. in einem Kraftfahrzeug) eine Lichtquelle angeordnet sein, dessen ausgesendetes Licht durch den Lichteinfallbereich hindurchtreten kann.
Verfahrensschritt a.
Wie schon erwähnt, wird in einem ersten Verfahrensschritt a. ein Kunststoff-Grundkörper aus einem galvanisierbaren Kunststoff erzeugt, der zumindest eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist.
Im Rahmen des der Erfindung zugrunde liegenden Verfahrens wird der Kunststoff-Grundkörper vorzugsweise durch Spritzgießen erzeugt.
Beim Spritzgießen wird ein Werkstoff, insbesondere der galvanisierbare Kunststoff, in einer Spritzgießmaschine verflüssigt, z.B. aufgeschmolzen, und in eine Gießform unter Druck eingespritzt. Auch Mehrkomponentensysteme, beispielsweise Gemische verschiedener Kunststoffe, können mit dem Spritzgussverfahren verarbeitet werden, solange die Galvanisierbarkeit des Kunststoff-Grundkörpers gewährleistet ist. Die Gießform bestimmt dabei mit ihrem Innenraum die Form und die Oberflächenstruktur des spritzgegossenen Bauteils. Insbesondere definieren die Größenabmessungen des Innenraums und/oder an den Gießforminnenflächen vorgesehene Oberflächenstrukturen, beispielsweise Vorsprünge oder Ausnehmungen, die Form und Oberflächenstruktur des spritzgegossenen Bauteils.
In der Gießform kühlt die eingespritzte Kunststoffmasse ab und/oder vernetzt sich und geht dabei in einen festen Zustand über bzw. härtet aus. Danach kann der Kunststoff-Grundkörper aus der Gießform entnommen werden.
Gemäß dem o.g. Herstellungsverfahren kann die durchleuchtbare Symbolik im Bereich der Vorderseite und/oder jener der Symbolik gegenüberliegende Lichteinfallbereich im Bereich der Rückseite in einer ersten oder zweiten Ausbildungsvariante ausgebildet werden. Wie durch die „und/oder“ Verknüpfung klargestellt, können dabei die durchleuchtbare Symbolik und der Lichteinfallbereich nach der ersten Ausbildungsvariante ausgebildet werden. Gleichsam können die durchleuchtbare Symbolik und der Lichteinfallbereich nach der zweiten Ausbildungsvariante ausgebildet werden. Auch kann vorgesehen sein, dass die durchleuchtbare Symbolik nach der ersten Ausbildungsvariante ausgebildet wird, während der Lichteinfallbereich nach der zweiten Ausbildungsvariante ausgebildet wird. Ebenso kann der Lichteinfallbereich nach der ersten Ausbildungsvariante ausgebildet werden, während die durchleuchtbare Symbolik nach der zweiten Ausbildungsvariante ausgebildet wird.
Nachfolgend sei die Fertigung des Kunststoffbauteils genauer beschrieben, insbesondere auch die genannten Ausbildungsvarianten zur Ausbildung der durchleuchtbaren Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs.
Verfahrensschritt b.
Nach der ersten Ausbildungsvariante wird zunächst eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht chemisch oder physikalisch auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschieden. Daraufhin wird im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs die erste Metallschicht mittels Laserablation abgetragen.
Unter chemischem oder physikalischem Abscheiden der elektrisch leitfähigen ersten Metallschicht auf dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper 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.
Im Rahmen des vorstehend genannten kolloidalen Verfahrens wird in einem ersten Schritt aus einer Elektrolytlösung eine Schicht aus Palladiumkeimen auf dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper abgeschieden. Dieser Verfahrensschritt wird häufig als „Aktivieren der Oberfläche“ des zu galvanisierenden Bauteils bezeichnet. Hierzu wird beispielhaft auf die Ausführungen in der DE 102 08 674 A1 verwiesen. Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise bekannt, dass zum Aktivieren der Oberfläche des Grundkörpers Palladiumkeime aus einer kolloidalen Lösung auf den galvanisierbare Kunststoff-Grundkörper aufgebracht werden können, 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 den aktivierte galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper 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 kann auf der aktivierten Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers auf chemischem, aber nicht elektrochemischem Wege (d. h. stromlos), in einem geeigneten Metallbad zumindest eine Metallschicht, bevorzugt aus Nickel oder Kupfer, abgeschieden werden (sog. „ehem. Nickel“ bzw. „ehem. Kupfer“). Einem solchen chemischen Abscheiden kann ein Finishing mit einem Schutzlack nachgelagert sein. Auch kann der chemischen Abscheidung ein Galvanikprozess nachgelagert sein.
Vorteilhaft kann es sein vor der chemischen Abscheidung der Metallschicht mittels eines physikalischen Verfahrens eine dünne Zwischenschicht abzuscheiden, beispielsweise mittels PVD-Verfahren („physical vapor deposition“).
Wird eine Nickel- oder eine Kupferschicht chemisch abgeschieden, so weist diese typischerweise 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 Metallschicht ausbildet. Auch wird die minimale Schichtdicke die Stromtragfähigkeit der elektrisch leitfähigen Metallschicht bestimmt, die für die nachfolgenden Galvanikschritte, sofern ein solcher Prozess im Anschluss vorgesehen ist, erforderlich ist. Die maximale Schichtdicke wird in erster Linie vor der Abscheidegeschwindigkeit bestimmt, die das zur stromlosen Abscheidung der elektrisch leitfähigen 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 elektrisch leitfähigen Metallschicht (chem. Nickel/chem. Kupfer)“ in weniger als 24 h durchlaufen, um eine Passivierung der reaktiven Oberfläche des chem. Nickel/chem. Kupfer zu vermeiden.
Wie erwähnt, weist die chemisch oder physikalisch abgeschiedene erste Metallschicht in der Regel eine Dicke von einem Mikrometer oder darunter auf. Aufgrund dessen kann diese erste Metallschicht im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs mittels Laserablation abgetragen werden.
Falls die stromlos abgeschiedene elektrisch leitfähige Metallschicht tatsächlich eine nur geringe Stromtragfähigkeit aufweist, was nachteilig für nachfolgende elektrochemische Verfahrensschritte wäre, kann optional bei geringen Strömen eine erste Metallschicht z.B. aus Kupfer oder Nickel auf galvanischem Wege auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht abgeschieden werden (sog. „Vor-Kupfer“ bzw. „Vor-Nickel“) .
Wie erwähnt, erfolgt die Abtragung der ersten Metallschicht nach der ersten Ausbildungsvariante im Bereich der auszubildenden Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs im Wege einer Laserablation. Diese wird, wie erwähnt, an der ersten Metallschicht durchgeführt, deren Dicke in vorteilhafter Weise zwischen 100 Nanometern und 2 Mikrometern liegt, 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 der Abtragung im Wege der Laserablation ist es dabei von besonderem Vorteil, wenn für die Strukturierung ein Laser verwendet wird, dessen Wellenlänge nur eine geringe Absorption zumindest in dem galvanisierbaren Kunststoffmaterial des Kunststoff-Grundkörpers erfährt. In diesem Zusammenhang hat sich die Verwendung von IR-Lasern wie Nd: YAG- oder CO₂-Lasern besonders bewährt, die bevorzugt im Pulsbetrieb betrieben werden.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst der Lichteinfallbereich eine größere Fläche als die gegenüberliegend ausgebildete Symbolik. Sollen derart großflächige Bereiche in dem zu fertigenden Kunststoffbauteil metallfrei gehalten werden (also z.B. der Lichteinfallbereich oder ggf. auch die Symbolik), so kann dies u. a. mittels großflächiger Laserablation erfolgen, worauf nachfolgend noch genauer eingegangen wird. Es hat sich aber herausgestellt, dass großflächige Bereiche (z.B. der Lichteinfallbereich oder die Symbolik) 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 Kunststoffbauteils 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.
Die Laserablation zur Ausbildung der Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs kann ferner in zwei aufeinander folgenden Schritten erfolgen, nämlich durch Freiräumen der von der Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs umschlossenen Fläche, und Schreiben der Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs. Grundsätzlich ist die Reihenfolge der Verfahrensschritte dabei frei wählbar, wobei es sich in der praktischen Erprobung als vorteilhaft herausgestellt hat, zuerst die Fläche der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs (großflächig) frei zu räumen und im Anschluss die Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs nachzuschreiben.
Beide Verfahrensführungen führen zu einem scharfen Übergang zwischen freier 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 Kunststoffbauteilen, bei denen die erste Metallschicht zur Ausbildung der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs wie vorstehend beschrieben strukturiert wurde, nur geringe Überwachsungen im Bereich der zu durchleuchtenden Symbolik aufweist. Da Überwachsungen in diesen Bereichen praktisch nicht mit der Oberfläche des Kunststoffbauteils verbunden sind, hat eine Minimierung von Überwachsungen unmittelbar vorteilhafte Auswirkungen auf die Haftung der Metallisierung auf der Oberfläche des Kunststoffbauteils am Rand der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs und auf die Dichtigkeit des aufgebrachten metallischen Schichtaufbaus. Während ersteres die mechanische Belastbarkeit des Bedienelements verbessert, führt letzteres zu einer deutlichen Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der Metallisierung.
Zum Freiräumen der von der Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs 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 Oberfläche der ersten Metallschicht 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 bzw. des Lichteinfallbereichs frei zu räumen.
Die auf diese Weise entstehende Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich 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 Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs mit dem ablatierenden Laserstrahl abgefahren wird. Hierbei können die Ablationsparameter wie z. B. Pulsrepetitionsrate und Pulsenergie 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 Symbolik bzw. dem in der ersten Metallschicht ausgebildeten Lichteinfallbereich.
Weiterhin kann beim Ausräumen der Fläche der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs die Gefahr einer Schädigung der Kunststoffoberfläche des Kunststoff-Grundkörpers 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 Laserstrahls auf eine Stelle der Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers vermieden werden, wodurch laserbedingte Schäden in der Oberfläche minimiert werden.
Beim Ausräumen der Fläche der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs und auch beim Schreiben der Kontur kann die Gefahr einer laserbedingten Schädigung des Kunststoff-Grundkörpers 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 soweit 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 Kunststoffbauteils 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.
Grundsätzlich ist es auch möglich, zur Ausbildung der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs die erste Metallschicht mittels lithographischen Methoden zu strukturieren. Hierzu wird sie auf geeignete Weise mit einem Schutzlack versehen, der entweder direkt strukturiert aufgebracht oder in einem separaten Verfahrensschritt beispielsweise fotolithografisch strukturiert wird, wodurch die Oberfläche der ersten Metallschicht freigelegt wird. Nachfolgend wird ein Ätzschritt durchgeführt, bei welchem die erste Metallschicht dort abgetragen wird, wo ihre Oberfläche nicht durch den Schutzlack abgedeckt wird. Schließlich wird in einem weiteren Verfahrensschritt der Schutzlack wieder von der Oberfläche der ersten Metallschicht entfernt, so dass die unbedeckte, nunmehr aber strukturierte erste Metallschicht zurückbleibt, welche dann nachfolgend dem Galvanik-Prozess unterzogen wird.
Nach der zweiten Ausbildungsvariante (diese kann wie- erwähnt die Ausbildung der Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs betreffen) wird zunächst eine Auftragsmasse auf den Kunststoff-Grundkörper zumindest im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs aufgebracht. Daraufhin wird die Symbolik respektive der Lichteinfallbereich durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik respektive den Lichteinfallbereich ausbildenden Bereichen ausgebildet. Im Anschluss wird jene außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegende Auftragsmasse von dem Kunststoff-Grundkörper entfernt. Daraufhin wird chemisch oder physikalisch eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf den außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegenden Bereichen auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschieden.
Im Wege der laserlithographischen Bearbeitung der auf den Kunststoff-Grundkörper im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs aufgebrachten Auftragsmasse kann eine Aushärtung der Auftragsmasse erfolgen. Unter „Aushärten der Auftragsmasse“ ist im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Veränderung der Fließfähigkeit der Auftragsmasse zu verstehen. In der Regel wird die Auftragsmasse sich beim Aufbringen auf den Kunststoff-Grundkörper zunächst in einem fließfähigen, i.A. also flüssigen Zustand befinden. Durch die nachfolgende laserlithographische Bearbeitung wird die Fließfähigkeit der auf den galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper aufgebrachten Auftragsmasse in den bearbeiteten Bereichen soweit reduziert, dass sich die Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs zumindest während eines Zeitraums von mindestens einer Minute Dauer, bevorzugt mindestens 10 Minuten Dauer und besonders bevorzugt mindestens einer Stunde Dauer optisch wahrnehmbar nicht mehr ändert. Optisch wahrnehmbar soll hier heißen mit bloßem Auge oder bei max. 10-facher Vergrö-ßerung. Tritt eine optisch wahrnehmbare Änderung der Kontur nach Ablauf der genannten Zeitdauer auf, so ist dies zwar noch als „Aushärten“ im Sinne der vorliegenden Erfindung anzusehen, wird jedoch im Folgenden als „partiell ausgehärtet“ bezeichnet.
Bevorzugt bedeutet Aushärten der Auftragsmasse im Kontext der vorliegenden Erfindung, dass die Fließfähigkeit der aufgebrachten, beispielsweise aufgedruckten, Auftragsmasse praktisch auf Null erniedrigt ist, d.h. dass sich die Kontur der aufgebrachten und laserlithographisch bearbeiteten Auftragsmasse auch über lange Beobachtungszeiträume von vielen Stunden bis Tagen oder Monaten nicht mehr ändert. Dieser Aushärtungsgrad wird im Folgenden als „vollständig ausgehärtet“ bezeichnet. Von der vorliegenden Erfindung ist sowohl der Aushärtungsgrad „partiell ausgehärtet“ als auch der Aushärtungsgrad „vollständig ausgehärtet“ umfasst.
Nach dem Aufbringen der Auftragsmasse auf den Kunststoff-Grundkörper (in den die Symbolik bzw. den Lichteinfallbereich ausbildenden Bereichen), wird die Auftragsmasse in den die Symbolik bzw. den Lichteinfallbereich ausbildenden Bereichen lithographisch bearbeitet, vorzugsweise im Wege der Laserlithographie. Durch die laserlithographische Bearbeitung, auch Laserschreiben genannt, härtet die Auftragsmasse an den bearbeiteten Stellen zumindest partiell aus.
Grundsätzlich kann die laserlithographische Bearbeitung auf zwei grundsätzlich zu unterscheidenden Wegen erfolgen, nämlich über die Bearbeitung eines Negativlacks bzw. einer Negativauftragsmasse oder eines Positivlacks bzw. einer Positivauftragsmasse. Vor der laserlithographischen Bearbeitung wird die den Negativ- oder Positivlack ausbildende Auftragsmasse - beispielsweise vollflächig - auf dem Kunststoff-Grundkörper aufgebracht. Bei Durchführung der laserlithographischen Bearbeitung wird die Auftragsmasse partiell über zumindest einen fokussierten Laserstrahl zumindest eines Lasers bestrahlt. In den bestrahlten Bereichen führt die Bestrahlung zu einer lokalen chemischen bzw. physiko-chemischen Veränderung des aufgetragenen Lacks, insbesondere hinsichtlich seiner lokalen Löslichkeit bzw. Fließfähigkeit. Wird die Löslichkeit durch die Bestrahlung lokal verringert, so spricht man von einem Negativlack, während für Positivlacke in Folge der Bestrahlung eine lokale Löslichkeitserhöhung charakteristisch ist. Dem vorliegenden Verfahren liegt eine auf einem Negativlack basierende laserlithographische Strukturierung zugrunde.
Für einen ersten Überblick sei die laserlithographische Bearbeitung der beispielsweise vollflächig auf den Kunststoff-Grundkörper aufgebrachten Auftragsmasse anhand eines einfachen Beispiels erläutert. Angenommen, die auszubildende Symbolik betrifft eine einfache Ziffer, beispielsweise die Ziffer 5. Um die Konturen der Ziffer 5 auszubilden, wird ein von einem Laser ausgehender und fokussierter Laserstrahl relativ zur Oberfläche der Auftragsmasse entsprechend der Form oder Kontur der Ziffer 5 bewegt. Auch kann die Oberfläche der Auftragsmasse relativ zu einem positionsfesten Laserstrahl bewegt werden. Der Laserstrahl rastert die Oberfläche der Auftragsmasse in jenen die Symbolik ausbildenden Bereichen ab, hier in jenem Bereich in dem die Ziffer 5 geschrieben werden soll. Im Wege des Laserschreibens härtet die Auftragsmasse in den bearbeiteten Bereichen, hier im Bereich der Ziffer 5, zumindest partiell aus. In diesem Bereich weist die Auftragsmasse folglich eine geringere Fließfähigkeit bzw. eine höhere Festigkeit auf als die die Ziffer umgebende Auftragsmasse. Analog lässt sich die vorangehende Beschreibung auf die Ausbildung eines Lichteinfallbereichs übertragen, der beispielsweise eine im Wesentlichen rechteckige, quadratische oder kreisförmige Form einnehmen kann.
Die nicht ausgehärtete Auftragsmasse (insbesondere also die außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegende Auftragsmasse) wird gemäß einem weiteren Verfahrensschritt entfernt, beispielsweise durch Auswaschen mit einem geeigneten Lösungsmittel oder im Wege eines nachfolgenden Beizvorgangs als Vorstufe des Galvanikprozesses. Auch eine Entfernung durch Besprühen mit festem Kohlenstoffdioxid, also mit Trockeneis, ist denkbar. Insbesondere kommt ein Besprühen mit Trockeneis-Granulat in Betracht, welches mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche gesprüht wird. Nach dem Entfernen der nicht ausgehärteten Auftragsmasse ist der laserlithographisch ausgehärtete Bereich, hier also die Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich, in Bezug auf die umgebenden Bereiche der Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers erhaben.
Ist die aufgebrachte Auftragsmasse nach der laserlithographischen Bearbeitung nur partiell ausgehärtet, so erfolgt in der Regel in einem weiteren Verfahrensschritt eine vollständige Aushärtung der aufgebrachten Auftragsmasse. Dies kann einerseits durch eine aktive Behandlung der laserlithographisch bearbeiteten Bereiche der Auftragsmasse z.B. mit vernetzender Strahlung wie UV- oder Röntgenstrahlung oder durch Einbringung von Wärme erfolgen. Andererseits kann eine vollständige Aushärtung einfach durch Zeitablauf eintreten, z.B. durch eine bereits im Wege der laserlithographischen Bearbeitung initiierte Vernetzungsreaktion. Sodann härten die lithographisch bearbeiteten Bereiche während des Entfernens von nicht ausgehärteter Auftragsmasse bzw. der Durchführung des Galvanikprozesses nach.
Die hier beschriebene Ausbildungsvariante kann vorteilhaft sein, da kein zusätzlicher Laserbearbeitungsschritt zur Strukturierung zwischen der elektrochemischen Metallabscheidung bzw. Galvanisierung erfolgen muss. Entsprechend kann die Galvanisierung kontinuierlich erfolgen. Die Galvanisierung muss also nicht zur Einarbeitung der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs unterbrochen werden. Weiterhin wird damit eine definierte Ausbildung der Konturen der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs ermöglicht (scharf abgegrenzte Ränder der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs), sodass auch in den Randbereichen der ausgebildeten Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs zuverlässig Metall auf galvanischem Wege abgeschieden werden kann. Dies führt zu einem scharfen Materialübergang zwischen der Symbolik bzw. dem Lichteinfallbereich und den galvanisch aufgebrachten Metallschichten.
Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann auf dem Kunststoff-Grundkörper zunächst zumindest eine Metallschicht, insbesondere eine elektrisch leitfähige Metallschicht, chemisch abgeschieden werden, um im Anschluss eine klassische elektrochemische Galvanisierung zur Abscheidung von zumindest einer weiteren Metallschicht auf der elektrisch leitfähigen Metallschicht vorzunehmen. Alternativ kann zumindest eine Metallschicht unmittelbar im Wege einer elektrochemischen Galvanisierung auf dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper abgeschieden werden, also ohne zuvor bereits eine oder mehrere Metallschicht(en) chemisch abzuscheiden. Auch eine alleinige chemische Abscheidung von zumindest einer Metallschicht auf dem Kunststoff-Grundkörper ist möglich.
Nach dem Erzeugen des Kunststoff-Grundkörpers wird auf dessen galvanisierbare Schicht zumindest in einem Teilbereich eine Auftragsmasse aufgebracht. Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird eine nicht-galvanisierbare Auftragsmasse verwendet. Bei der Auftragsmasse kann es sich beispielsweise um ein strahlungsinduziert aushärtbares Material handeln. Die Strahlung wird erfindungsgemäß durch einen auf die Auftragsmasse fokussierten Laserstrahl im Wege einer laserlithographischen Bearbeitung - dem Laserschreiben - eingebracht. Durch die eingebrachte Strahlung kann eine strahlungsinduzierte Vernetzungsreaktion der Auftragsmasse eingeleitet werden. Bei der Strahlung handelt es sich vorzugsweise um eine die Vernetzungsreaktion initiierende Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, Infrarotstrahlung oder Röntgenstrahlung. Auch Strahlung aus anderen Wellenlängenbereichen kann im Rahmen der Erfindung zur laserlithographischen Bearbeitung verwendet werden, soweit die Strahlung zur Aktivierung einer Vernetzungsreaktion geeignet ist. Vorzugsweise umfasst die Auftragsmasse dazu zumindest einen Polymerbestandteil. Alternativ oder zusätzlich kann die Auftragsmasse thermisch aushärtbar sein. Im Wege der laserlithographischen Bearbeitung kann mit dem Strahlungseintrag durch den Laser auch ein Wärmeeintrag einhergehen. Weiterhin alternativ oder zusätzlich kann die Auftragsmasse durch Evaporation eines Lösungsmittels aushärten, also im Wege eines Trocknungsprozesses. Dieser Prozess kann durch einen externen Wärmeeintrag befördert werden, sei es im Zuge der laserlithographischen Bearbeitung oder einer zusätzlichen Einheit zur Abgabe von Wärmestrahlung. Als Lösungsmittel kommt beispielsweise Wasser oder ein organisches Lösungsmittel in Betracht. Vorzugsweise ist die Auftragsmasse unter Einwirkung von Strahlung, insbesondere UV-Strahlung oder Röntgenstrahlung aushärtbar, wobei die Strahlung im Rahmen der Erfindung vorzugsweise von einem Laser, z. B. einem UV-Laser, in Richtung der Auftragsmasse ausgesendet wird. Durch die laserlithographische Bearbeitung werden Strukturen ausgebildet, die gegenüber der Oberfläche der galvanisierbaren Schicht erhaben sind, insbesondere nach dem Entfernen der außerhalb der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs liegenden Auftragsmasse.
Bei der strahlungsinduzierten Aushärtung im Wege der laserlithographischen Bearbeitung kann auch eine Maske zum Einsatz kommen, die oberhalb der zu bestrahlenden Auftragsmasse angeordnet wird und selektiv, nur in bestimmten Bereichen, Laserstrahlung in Richtung der Auftragsmasse hindurchtreten lässt. Beispielsweise kann die Maske aus einem für Laserstrahlung undurchlässigen Material bestehen und Aussparungen zum definierten Durchtritt der Laserstrahlung aufweisen. Die Aussparungen können zu der auszubildenden Symbolik bzw. dem Lichteinfallbereich korrespondieren. Bei einer solchen maskenbasierten Laserlithographie handelt es sich jedoch nicht um das Verfahren des direkten Laserschreibens.
Bei dem Aushärtevorgang kann es sich auch um eine chemische Vernetzung handeln, die durch die einfallende Laser-Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung eines UV-Lasers oder Röntgenstrahlung - z. B. Synchrotonstrahlung - induziert bzw. aktiviert wird. Sofern die Auftragsmasse ein Lösungsmittel umfasst, kann dieses in Folge des mit der Bestrahlung verbundenen Wärmeeintrags verdampfen. Der Aushärtevorgang entspricht dann einem klassischen Trocknungsprozess. Durch die Tatsache, dass die verwendete Auftragsmasse nicht-galvanisierbar ist, wird vermieden, dass sich auf den laserlithographisch ausgebildeten Strukturen in nachfolgenden Verfahrensschritten, insbesondere bei der elektrochemischen bzw. galvanischen Behandlung des Kunststoff-Grundkörpers, Metall abscheidet. Die laserlithographisch bearbeiteten Bereiche, also insbesondere die ausgebildete Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich ist galvanikstabil.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird eine Auftragsmasse verwendet, die einen unter UV-Bestrahlung aushärtbaren Lack umfasst, beispielsweise einen transparenten oder farbigen Fotolack. Bei Verwendung eines transparenten Lacks kann es aufgrund von schwacher Absorption der Laserstrahlung zu einer auf Mehrfachstreuung basierenden Mehrfachhärtung kommen. Dies ist unerwünscht, da es zu Inhomogenitäten des Aushärtungsgrades in den bearbeiteten Bereichen führen kann. Die Aushärtung kann in lateraler Richtung, also in im Wesentlichen senkrecht zum Laserstrahl stehender Richtung, zu einer über 100 - 200 µm über den Laserfokus hinausgehenden Aushärtung führen. Durch die Verwendung eines farbigen Lacks mit einer stärkeren Absorption der Laserstrahlung wird eine solche Mehrfachstreuung samt damit einhergehender unerwünschter Mehrfachhärtung vermieden. Die Härtung ist im Wesentlichen auf den Laserfokus beschränkt.
Weiterhin können dem Lack Partikel zugesetzt werden, die geeignet sind Laserstrahlen zu absorbieren. Auch dadurch kann eine Mehrfachstreuung vermieden werden. Zusätzlich zu den genannten Bestandteilen kann die Auftragsmasse noch weitere Bestandteile umfassen, beispielsweise Bindemittel, UV-Monomere, Fotoinitiatoren, Entschäumer, Verdickungsmittel, Dispergier-Additive oder Füllstoffe.
Die Verwendung von Lacken ist vorteilhaft, da damit eine Vielzahl von Farb- und Eigenschaftsvariationen ermöglicht wird. Durch den Zusatz von Laserstrahlung absorbierenden Partikeln kann der Prozess der laserlithographischen Bearbeitung der Auftragsmasse bzw. des Laserschreibens erleichtert werden. Denn durch die Strahlungsabsorption seitens der zugesetzten Partikel kann die Energie effizient auf die Auftragsmasse übertragen werden, wodurch ein zusätzlicher die Aushärtung fördernder Wärmeeintrag gewährleistet wird.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird die Auftragsmasse vollflächig auf dem Kunststoff-Grundkörper aufgebracht. Ein vollflächiges Aufbringen ist im Gegensatz zu einem bereichsweisen oder punktuellen Aufbringen der Auftragsmasse technisch einfacher und kostengünstiger zu realisieren. Auf entsprechende Masken zum Aufbringen der Auftragsmasse kann sodann verzichtet werden. Dadurch können gerade bei der Produktion hoher Stückzahlen von Bedienelementen Kosten- und Zeitvorteile entstehen.
Gleichsam schließt die erfindungsgemäße Offenbarung nicht aus, die Auftragsmasse auf jenen Teilbereichen des galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörpers aufzubringen, in welchen die Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich ausgebildet wird. Insbesondere kann die Auftragsmasse unter dem Einsatz einer Auftragsmaske selektiv in einem gewünschten Teilbereich der galvanisierbaren Schicht aufgebracht werden. Die Auftragsmaske kann Aussparungen aufweisen, in welchen die Auftragsmasse eingebracht wird. Nach dem Abnehmen der Auftragsmaske befindet sich die Auftragsmasse an der gewünschten Position und kann der laserlithographischen Bearbeitung unterzogen werden. Diese Variante bietet Vorteile in ökologischer Hinsicht, sowie mit Blick auf die Materialkosten. Denn im Gegensatz zu einer vollflächigen Beaufschlagung der galvanisierbaren Schicht mit einer Auftragsmasse, wird diese bei einer nur bereichsweisen Aufbringung mengenmäßig eingespart. Es wird also einerseits weniger Auftragsmasse benötigt, was eine unmittelbare Reduktion der Materialkosten bewirkt, und andererseits kann auf etwaige Rückführ- oder Recyclingschritte verzichtet werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann die Auftragsmasse auf den galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper aufgedruckt, aufgesprüht, aufgewalzt oder aufgestrichen werden.
Zu den möglichen Druckverfahren zählen der Tief-, Hoch-, Flach- und Durchdruck in den Ausprägungen Stichtiefdruck, Rastertiefdruck, Letterset, Tampondruck, Flexodruck, Buchdruck, Prägedruck, Offsetdruck, Toray-Druck und Siebdruck. Auch ein Auftrag über Digitaldruckverfahren kommt in Frage. Dazu zählen Tintenstrahldruck, 3D Druck, Elektrophotographie, Lasersublimationsdruck, Thermosublimationsdruck, Laserablation und andere Verfahren, um hier nur die Wichtigsten beispielhaft zu nennen.
Beim Aufsprühen kann die die Auftragsmasse durch eine oder mehrere Düsen unter Druck in Richtung des Kunststoff-Grundkörpers gesprüht werden. Die Verfahren des Aufwalzens bzw. Aufstreichens eignen sich insbesondere zum vollflächigen Aufbringen der Auftragsmasse auf den Kunststoff-Grundkörper.
Alternativ kann die Auftragsmasse durch Eintauchen des Kunststoff-Grundkörpers in ein mit der Auftragsmasse gefülltes Vorlagebehältnis auf den galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper aufgebracht werden. Bei einem solchen Verfahren handelt es sich um eine klassische Dipping-Technik. Diese ist schnell durchführbar, jedoch muss eine ausreichende Haftung der Auftragsmasse auf dem Substrat, hier dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper, gewährleistet sein. Die Haftungsfähigkeit kann durch eine Vorbehandlung des galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörpers erhöht werden, beispielsweise durch Aufrauen oder thermische Vorbehandlung.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die laserlithographische Bearbeitung mit einem gepulsten Laser durchgeführt werden, vorzugsweise mit einem Nd:YAG-, einem CO₂- oder einem UV-Laser. Vorzugsweise wird dabei ein Laser verwendet, dessen Wellenlänge an die für eine Initiierung einer Fotopolymerisation der Auftragsmasse notwendige Wellenlänge angepasst ist. Sofern es sich um eine Auftragsmasse handelt, die durch den Eintrag von UV-Strahlung eine Fotopolymerisation unterlaufen kann, so eignet sich insbesondere die Verwendung eines UV-Lasers.
Beim laserlithographischen Bearbeiten der Auftragsmasse kann ein fokussierter Laserstrahl des Lasers entlang eines vorgegebenen Verfahrweges über die Auftragsmasse geführt werden. Dazu kann der Laser über eine Haltevorrichtung mit einer Antriebs- und Verschiebeeinheit verbunden sein, die ein Verschieben des Lasers entlang des vorgegebenen Verfahrweges ermöglicht. Der Verfahrweg kann der Kontur oder der Form der auszubildenden Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs entsprechen. Der Verfahrweg kann mehrfach wiederholt werden und/oder aus mehreren aneinander gereihten Verfahrbewegungen bestehen. Die laserlithographische Bearbeitung kann simultan von mehreren Lasern vorgenommen werden. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, sofern die Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich aus mehreren Einzelsymbolen besteht oder eine große Fläche umfasst. Dann kann jedem lithographisch zu strukturierenden Einzelsymbol bzw. jeder Fläche ein Laser zugeordnet sein. Im Wege der laserlithographischen Bearbeitung können ultrafeine Strukturen ausgebildet werden, so dass - je nach Kundenanforderung - auf eine Nacharbeitung der ausgebildeten Strukturen auch verzichtet werden kann. Dies stellt jedoch nur eine optionale Variante dar. Denn auch ultrafeine Strukturen können einer Nachbearbeitung, z. B. einer Lasernachbearbeitung zur Ausbildung scharfer Ränder, unterzogen werden.
Gleichermaßen kann der Kunststoff-Grundkörper mit der darauf aufgebrachten Auftragsmasse beim laserlithographischen Bearbeiten relativ zu einem positionsfest fokussierten Laserstrahl bewegt werden. Auch dadurch lässt sich die Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich ausbilden. Der Kunststoff-Grundkörper muss in diesem Fall auf einer beweglichen Verfahreinheit angeordnet sein. Diese kann beispielsweise in Form einer mehrachsigen Lineareinheit ausgestaltet sein.
Die Auftragsmasse kann im Wege der Laserbearbeitung bzw. laserlithographischen Bearbeitung an den bearbeiteten Stellen zumindest partiell aushärten. Bei nicht vollständiger - also partieller - Aushärtung kann die Auftragsmasse nach der Laserbearbeitung einen Nachhärteprozess durchlaufen, in welchem die Aushärtung vervollständigt wird. Der Nachhärteprozess kann durch einfachen Zeitablauf oder durch zusätzlichen Wärme- oder Strahlungseintrag gefördert werden. Jedoch ist es im Rahmen der Erfindung ebenfalls möglich, dass die Auftragsmasse im Wege der Laserbearbeitung an den bearbeiteten Stellen vollständig aushärtet.
Das Nachhärten kann durch eine der laserlithographischen Bearbeitung nachgelagerte Nachhärtestation verwirklicht werden. Gleichsam kann das Nachhärten dem Entfernen der überschüssigen Auftragsmasse nachgelagert sein. Sofern die Auftragsmasse durch die laserlithographische Bearbeitung noch nicht vollständig ausgehärtet ist, kann die partiell gehärtete Auftragsmasse beim Transport des Bauteils zu einem folgenden Verarbeitungsschritt nachhärten. Die im Rahmen des vorgeschlagenen Verfahrens verwendeten Lacke können durch den Eintrag von Strahlung, beispielsweise UV-Strahlung, zum Trocknen bzw. Aushärten gebracht werden. In der genannten Nachhärtestation können die Bauteile mit UV-Licht bestrahlt werden. Die Bestrahlung mit UV-Licht erfolgt hierbei vorzugsweise über Quecksilberdampflampen oder LED-Lampen. Die UV-Strahlung kann von einer geeigneten Bestrahlungseinrichtung durchgeführt werden. Die Bestrahlungseinrichtung kann in eine übergeordnete Maschine integriert sein.
Wie vorangehend erwähnt, wird die außerhalb der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs liegende, beziehungsweise die nicht ausgehärtete, Auftragsmasse von dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper entfernt. Dies kann beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Lösungsmittels erfolgen, also im Sinne eines Abwaschens. Als Lösungsmittel kommen jegliche Lösungsmittel in Betracht, vermöge dessen die Auftragsmasse von dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper entfernbar ist. Die Auftragsmasse muss also zumindest eine Teillöslichkeit in dem ausgewählten Lösungsmittel aufweisen. In Betracht kommen grundsätzliche wässrige oder organische Lösungsmittel. Auch Fluide wie CO₂ oder überkritisches CO₂ kommen als Lösungsmittel in Betracht. Beispielsweise kann die Auftragsmasse unter Einsatz einer CO₂-Sprühanlage entfernt werden. Weiterhin kommt eine Entfernung mit festem Kohlenstoffdioxid in Form von Trockeneis, beispielsweise Trockeneis-Granulat, in Betracht. Das Trockeneis-Granulat wird dabei mit hoher Geschwindigkeit auf die zu reinigende Oberfläche, hier in Richtung der nicht ausgehärteten Auftragsmasse gesprüht oder geblasen. Dadurch kann die Auftragsmasse erstarren, spröde werden und schließlich abplatzen oder mechanisch entfernt werden.
Alternativ kann die Auftragsmasse durch Beizen mit einem Beizmittel, beispielsweise einer oxidierenden Lösung wie Chromschwefelsäure oder Kaliumpermanganat, entfernt werden. Prinzipiell kommen als Beizmittel organische oder anorganische Säuren und Laugen in Betracht. Die Auswahl richtet sich nach der Löslichkeit bzw. Abtragungseffizienz des Beizmittels in Bezug auf die verwendete Auftragsmasse. Zudem darf das Beizmittel nicht zu aggressiv gegenüber galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper sein. Zwar kann das ohnehin in einem Vorbehandlungsschritt zur Galvanik verwendete Beizmittel gleichsam zur Entfernung der Auftragsmasse eingesetzt werden - dies bietet insbesondere Kostenvorteile -, jedoch sollte der Kunststoff-Grundkörper nicht zu stark beschädigt werden.
Weiterhin kann es im Rahmen der Erfindung Vorteile bieten, wenn die Ränder der laserlithographisch bearbeiteten Stellen nach ihrer vollständigen oder partiellen Aushärtung mit weiteren Laser zur Ausbildung einer scharfen Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs nachgearbeitet werden. Nach dem Laserschreiben der Symbolik beginnt die Auftragsmasse in den bearbeiteten Bereichen auszuhärten oder ist bereits durch das Laserschreiben bzw. die laserlithographische Bearbeitung ganz oder zumindest partiell ausgehärtet. In den Randbereichen der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs, können die Ränder mit zumindest einem Laser nachbearbeitet werden, beispielsweise indem der zumindest eine Laser entlang der Randbereiche der laserlithographisch geschriebenen Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs verfahren wird. Dadurch werden die Ränder der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs von dem zumindest einen Laser bzw. Laserstrahl abgerastert und nachbearbeitet.
Durch den Lasereintrag können somit die Konturen oder Randbereiche der ausgebildeten Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs geschärft bzw. nachgearbeitet werden, z.B. durch Abtragen oder Wegbrennen von ungehärteter oder gehärteter bzw. überstehender Auftragsmasse. Bei der Lasernachbearbeitung werden die Ränder der aufgebrachten Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs geschärft und Unregelmäßigkeiten beseitigt bzw. korrigiert. Dabei kann ein Laserstrahl bzw. mehrere Laserstrahlen entlang eines vorgegebenen Verfahrwegs über galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper, bewegt werden und über die gewünschte Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs überstehendes Material entfernen. Auch ist es möglich, den bzw. die Laser positionsfest anzuordnen und das nachzubearbeitende Bauteil relativ zum positionsfesten Laser bzw. zu den positionsfesten Lasern zu bewegen. Auch eine simultan zur laserlithographischen Bearbeitung durchgeführte Lasernachbearbeitung zur Schärfung der Randbereiche ist denkbar, beispielsweise indem ein der laserlithographischen Bearbeitung zugeordneter Laserstrahl und ein der Lasernachbearbeitung zugeordneter Laserstrahl unmittelbar nacheinander entlang eines vorgegebenen Verfahrweges bewegt werden bzw. der Kunststoff-Grundkörper relativ zu den Laserstrahlen bewegt wird.
Gemäß der zweiten Ausbildungsvariante der Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs, wird - wie erwähnt - nach dem Entfernen von außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegender Auftragsmasse von dem Kunststoff-Grundkörper, eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf den außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegenden Bereichen auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschieden. Bei der Metallschicht kann es sich um eine Metallschicht handeln, die mittels chemischer oder physikalischer Abscheidung auf den Kunststoff-Grundkörper aufgebracht wird. Alternativ kann auf dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper unmittelbar auf elektrochemischem Wege zumindest eine Metallschicht abgeschieden werden. Vorteilhaft ist es jedoch zunächst auf chemischem oder physikalischem Wege eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf der galvanisierbaren Schicht aufzubringen und im Anschluss daran auf dieser Schicht zumindest eine weitere Metallschicht galvanisch abzuscheiden. Details zur chemischen oder physikalischen Abscheidung der ersten Metallschicht seien den voranstehenden Ausführungen zur ersten Ausbildungsvariante zu entnehmen, denn die diesbezügliche Verfahrensführung bzw. zugehörige Varianten sind äquivalent gestaltet.
Beachtlich ist, dass in den Bereichen der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs, also in jenen Bereichen, in denen die Auftragsmasse aufgebracht wurde, vorzugsweise keine chemische oder physikalische Metallabscheidung erfolgt.
Verfahrensschritt c.
Im Anschluss wird gemäß dem Verfahrensschritt c. elektrochemisch zumindest eine zweiten Metallschicht auf der ersten Metallschicht abgeschieden. Dabei kann die Dicke der Metallschicht, die ggf. noch mit einer dünnen Schicht aus Vorkupfer oder Vornickel bedeckt ist, mittels eines galvanischen, d. h. elektrochemischen Verfahrens erhöht werden. In der Regel wird hierzu auf die (elektrisch leitfähige) 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 Kunststoffbauteils 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. An den laserablativ bearbeiteten Bereichen des Kunststoffbauteils nach der ersten Ausbildungsvariante bzw. den mit der Auftragsmasse versehenen Bereichen des Kunststoff-Grundkörpers gemäß der zweiten Ausbildungsvariante findet der Galvanikprozess nicht statt, dort erfolgt keine Metallabscheidung, also im Bereich der die Symbolik bzw. den Lichteinfallbereich ausbildenden Bereichen.
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 Bedienelements 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 wie z. B. dem Schaltkauf des Gangwahlhebels eines Getriebes, oder bei Kunststoffbauteilen, die dem Angriff korrosiver Medien wie Handschweiß 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 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.
Mit dem voranstehend beschriebenen Galvanikprozess kann auch unmittelbar auf der galvanisierbaren Schicht des Kunststoff-Grundkörpers zumindest eine Metallschicht abgeschieden werden. Dies ist möglich, sofern die galvanisierbare Schicht elektrisch leitfähig ist. Zu denken ist beispielsweise an eine metallische Grundierung oder die Verwendung eines elektrisch leitfähigen Kunststoffs.
Für weitere Einzelheiten zum Galvanikprozess bzw. zur kombinierten chemischen Abscheidung samt Galvanikprozess sei ergänzend auf den Offenbarungsgehalt der DE 10 2010 016 973 B4 verwiesen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung der in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen sowie weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen angegeben.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lichteinfallbereich in einer zur durchleuchtbaren Symbolik komplementären Form und/oder Größe ausgebildet wird. Durch eine form- und/oder größenkomplementäre Ausbildung wird gewährleistet, dass die im Bereich der Vorderseite ausgebildete Symbolik in einem funktionsgemäßen Einbauzustand des Kunststoffbauteils, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, vollständig durchleuchtbar ist. Sofern sowohl die Form auch die Größe komplementär ausgebildet sind, lässt sich der Fertigungsprozess zudem in relativ einfacher Weise umsetzen. Denn unabhängig davon, ob die Symbolik und/oder der Lichteinfallbereich nach der ersten oder zweiten Ausbildungsvariante ausgebildet werden, lassen sich beide Bereiche sodann mit denselben oder ähnlichen Prozesseinstellungen fertigen, insbesondere denselben oder ähnlichen Laserparametern respektive denselben oder ähnlichen Kriterien beim Aufbringen der Auftragsmasse samt darauffolgender laserlithographischer Bearbeitung. Der Fertigungsprozess wird dadurch inhärent vereinfacht.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lichteinfallbereich und die Symbolik dahingehend ausgebildet werden, dass der Lichteinfallbereich die durchleuchtbare Symbolik in Bezug auf ihre Form und/oder Größe einschließt. Eine solche Ausgestaltung gewährleistet in besonders zuverlässiger Weise, dass die im Bereich der Vorderseite ausgebildete Symbolik in einem funktionsgemäßen Einbauzustand des Kunststoffbauteils, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, vollständig durchleuchtbar ist. In Fällen, in welchen die Symbolik eine komplexe Kontur, beispielsweise einer Ziffer oder eines Buchstabens, aufweist, kann es vorteilhaft sein, dass den Lichteinfallbereich einer geometrisch einfachen Form, beispielsweise eines Kreises, eines Rechtecks oder Quadrats auszubilden. Dadurch wird der Fertigungsprozess vereinfacht, eine vollständige Durchleuchtung der Symbolik gleichwohl sichergestellt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lichteinfallbereich und die Symbolik dahingehend ausgebildet werden, dass die durchleuchtbare Symbolik den Lichteinfallbereich in Bezug auf dessen Form und/oder Größe einschließt. Eine solche Ausgestaltung kann zur Bereitstellung eines ansprechenden optischen Effekts vorteilhaft sein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lichteinfallbereich dahingehend ausgebildet wird, dass er eine kreisförmige oder polygonale, insbesondere rechteckige oder quadratische, Kontur aufweist. Derartig ausgebildete Formen lassen sich in besonders einfacher Weise herstellen, was zu einer Vereinfachung des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. zur Kostenreduktion führt. Auch die auf die Herstellung bezogene Prozessgeschwindigkeit wird dadurch erhöht.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Lichteinfallbereich dahingehend ausgebildet wird, dass er eine polygonale, insbesondere rechteckige oder quadratische, Kontur mit abgerundeten Ecken aufweist. Abgerundete Ecken lassen sich häufig einfacher ausbilden als scharfkantige, insbesondere orthogonal verlaufende Ecken. Denn insbesondere einer Ausbildung der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs im Wege einer Laserablation kann es verfahrenstechnisch einfacher sein, einen Laserstrahl im Bereich einer auszubildenden Ecke kurvenförmig zu führen. Durch den damit verbundenen weicheren Konturverlauf - insbesondere im Vergleich zu einem orthogonalen Richtungswechsel bei der Ausbildung einer nicht abgerundeten Ecke - lassen sich auch in den Eckbereichen präzisere Konturen ausbilden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass eine Mehrzahl von Lichteinfallbereichen, beispielsweise punkt- oder linienförmigen Lichteinfallbereiche, ausgebildet wird, wobei die Mehrzahl der Lichteinfallbereiche vorzugsweise innerhalb einer gedachten und auf die Rückseite projizierten Kontur der Symbolik angeordnet werden. Auch mit einer solchen Ausgestaltung lassen sich optisch ansprechende Lichteffekte erzeugen. Angemerkt sei, dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne weiteres auch eine Mehrzahl von Lichteinfallbereichen mit jeweils dazu korrespondierenden (damit ist nicht zwingend die gleiche Größe und Form gemeint) Symbolen ausgebildet werden kann (die einzelnen Symbole stellen dann in Kumulation die Symbolik bereit). Ferner kann auch vorgesehen sein, eine Mehrzahl von die Symbolik bereitstellenden Symbolen auf der Vorderseite des Kunststoffbauteils auszubilden, während auf der Rückseite ein einziger Lichteinfallbereich ausgebildet ist, der sämtliche der auf der Vorderseite ausgebildeten Symbole in Bezug auf seine Form und Größe einschließt.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass beim Erzeugen des Kunststoff-Grundkörpers im Bereich der Rückseite zumindest eine Haltevorrichtung ausgebildet wird, an welchem zumindest eine Lichtquelle anordenbar ist. Die Haltevorrichtung kann dabei beim Spritzgießen ausgeformt werden. Auch kann eine nachträgliche mechanische Montage zumindest einer Haltevorrichtung vorgesehen sein. Unter eine Haltevorrichtung kann eine Klemmvorrichtung, ein Haltekanal, eine Nut oder ähnliches zu verstehen sein.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Ausbildung der durchleuchtbaren Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs eine zwei-schrittige Laserablation erfolgt, nämlich mit den Schritten:

a. Freiräumen der von der Kontur der Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs umschlossenen Fläche;
b. Schreiben der Kontur der Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs.

Diesbezügliche Vorteile und Verfahrensvarianten wurden bereits vorangehend im Rahmen der Beschreibung der ersten Ausbildungsvariante beschrieben, weshalb auf diese Ausführungen verwiesen sei.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Ausbildung der durchleuchtbaren Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs eine Mehrzahl von Lasern zur gleichzeitigen Bearbeitung der Vorder- und Rückseite verwendet wird. Dadurch kann die Fertigungsgeschwindigkeit inhärent erhöht werden. Dies kann gerade bei der Serienfertigung erfindungsgemäßer Kunststoffbauteile von entscheidendem Vorteil sein. Dadurch können sowohl der Durchsatz an gefertigten Kunststoffbauteilen erhöht, als auch die Fertigungskosten verringert werden.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass zur Ausbildung der durchleuchtbaren Symbolik und/oder des Lichteinfallbereichs die Vorder- und Rückseite nacheinander mit einem Laser oder einer Mehrzahl von Lasern bearbeitet wird. Eine solche Verfahrensgestaltung können die Maschinenkosten einer zur Fertigung eingesetzten Laserbearbeitungsvorrichtung reduziert werden, denn im Vergleich zu einer beidseitig ausgeführten Laserbearbeitung wird eine geringere Anzahl von Laserquellen samt Optiksystem benötigt. Hierzu kann vorgesehen sein, das Kunststoffbauteil nach ausgeführter Laserablation auf der Vorderseite bzw. Rückseite zu drehen und sodann die jeweils gegenüberliegende Seite zu bearbeiten.
Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Kunststoff-Grundkörper aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoff erzeugt wird, insbesondere einem transparenten oder transluzenten Polyamid, ABS oder einem ABS/Polycarbonat-Blend.
Wird der galvanisierbare Kunststoff-Grundkörper aus ABS bzw. einem ABS/Polycarbonat-Blend gefertigt, so kann eine besonders gute Haftung der auf dem galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörper galvanisch abgeschiedenen Metallschicht erzielt werden, wenn der galvanisierbare Kunststoff-Grundkörper 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 des galvanisierbaren Kunststoff-Grundköpers herausgelöst werden. Dies kann beispielsweise mittels einer chemischen Behandlung zumindest der Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörpers mittels eines Beizvorgangs in einem Chromschwefelsäurebad durchgeführt werden. Wird hingegen auf einen galvansierbaren Kunststoff-Grundkörper aus Polyamid zurückgegriffen, so kann hier die Oberflächenrauigkeit vor dem Aufbringen der Metallisierung erhöht werden, indem zumindest die Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörpers 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.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann es von besonderem Vorteil kann es sein, wenn der auf der Rückseite ausgebildete Lichteinfallbereich stets nach der ersten Ausbildungsvariante ausgebildet wird.
Abschließend sei erwähnt, dass das erfindungsgemäße Kunststoffbauteil nach einer vorteilhaften Ausgestaltung nach dem hier beschriebenen Herstellungsverfahren gefertigt wird.
Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe, wie „umfassend“, „aufweisen“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen die Begriffe „ein“ oder „das“, die auf einer Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus und umgekehrt.
Nachfolgend werden anhand der beigefügten Figuren vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigt

1 ein Verfahrensschema zum Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kunststoffbauteils in einer Ansicht von der Vorderseite.

Wie in dem Verfahrensschema nach 1 wiedergegeben, wird in einem Verfahrensschritt a. wird zunächst ein Kunststoff-Grundkörper aus einem galvanisierbaren Kunststoff erzeugt, der zumindest eine Vorderseite und eine der Vorderseite gegenüberliegende Rückseite aufweist. Die Erzeugung des Kunststoff-Grundkörpers erfolgt dabei insbesondere im Spritzgussverfahren. Bei dem Kunststoff-Grundkörper handelt es sich um ein 1-Komponenten Bauteil (1K-Teil). Der galvanisierbare Kunststoff kann beispielsweise ein ABS/Polycarbonat-Blend sein, gleichsam aber auch Polyamid.
In einem Verfahrensschritt b. wird sodann eine durchleuchtbare Symbolik im Bereich der Vorderseite und ein der Symbolik gegenüberliegender Lichteinfallbereich im Bereich der Rückseite ausgebildet. Die Symbolik und/oder der Lichteinfallbereich kann dabei nach einer ersten Ausbildungsvariante i. oder einer zweiten Ausbildungsvariante ii. ausgebildet werden.
Bei der ersten Ausbildungsvariante i. wird zunächst eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht chemisch oder physikalisch auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschieden. Danach wird im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs die erste Metallschicht mittels Laserablation abgetragen. Im Anschluss kann in einem Verfahrensschritt c. elektrochemisch zumindest eine weitere Metallschicht auf der ersten Metallschicht abgeschieden werden.
Das genannte Prozedere betreffend die erste Ausbildungsvariante i. sei nachfolgend im Detail erläutert.
In einem figürlich nicht dargestellten Schritt wird zunächst zumindest die Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörpers, vorzugsweise die gesamte Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers, 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-Grundkörpers werden u. a. Verunreinigungen von der galvanisierbaren Oberfläche entfernt, insbesondere evtl. anhaftende organische Verunreinigungen.
In einem weiteren Verfahrensschritt wird die galvanisierbare Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers aktiviert, d. h. es wird auf aus dem Stand der Technik vorbekannte Weise 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.
In einem darauffolgenden Verfahrensschritt wird chemisch, d. h. ohne Anwendung eines Galvanisierungsstroms, eine elektrisch leitende erste Metallschicht auf die aktivierte Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers aufgebracht. Hierzu wird der Kunststoff-Grundkörper in ein geeignetes Nickelbad eingebracht, aus welchem sich Nickel auf der aktivierten Oberfläche des Kunststoff-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 die galvanisierbare Oberfläche des Kunststoff-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 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 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.
In einem optionalen Verfahrensschritt 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“).
In einem 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 Kunststoff-Grundkörper dem Galvanikprozess entnommen, gewaschen und getrocknet.
In einem nächsten Verfahrensschritt wird die erste Metallschicht mittels eines IR-Beschriftungslasers zur Ausbildung der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs strukturiert. Hierzu werden z. B. 8 oder 16 Kunststoff-Grundkörper auf eine Halterung aufgesteckt und mit einer Wiederholgenauigkeit von einem 10tel Millimeter oder besser relativ zum Strahl des Beschriftungslasers, z. B. eines Nd: YAG oder eines CO₂-Lasers, positioniert. Nachfolgend wird bei festgehaltener Position der Halterung die Laserablation durchgeführt. Hierzu wird der Laserstrahl des Beschriftungslasers nacheinander über die zu strukturierende Oberfläche der im Halter befindlichen Bedienelemente geführt, d. h. die Bedienelemente werden nacheinander gelasert. Die für die vollständige Ausbildung der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs erforderliche Bearbeitungszeit beträgt typisch einige Sekunden. Die Strahlführung erfolgt dabei automatisiert mittels geeigneter Stellmittel. Zur Ausbildung der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs wird vorzugsweise ein zweistufiges Verfahren angewendet, d. h. in einer ersten Stufe wird die von der Kontur der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs umfangene Fläche freigeräumt, und nachfolgend wird bei geänderten Laserparametern die Kontur der Symbolik bzw. des Lasereinfallbereichs nachgeschrieben. Um unerwünschte Reflexe des Beschriftungslasers zu vermeiden, kann der Halter in den Bereichen, in denen die Symbolik bzw. der Lasereinfallbereich auf der Oberfläche der gehaltenen, zumindest transluzenten Kunststoff-Grundkörper ausgebildet wird, lokal freigemacht sein. Alternativ kann der Halter aus einem nichtreflektierenden (Kunststoff-)Material wie Polyoxymethylen (POM) gefertigt oder mit einer nicht-reflektierenden Beschichtung versehen sein.
Nachfolgend werden die Kunststoff-Grundkörper mit nunmehr laserbearbeiteter erster Metallschicht dem Galvanik-Prozess zugeführt. Hierbei wird im nächsten Verfahrensschritt 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 Kunststoffbauteils auf dem Halter eine minimale Schichtdicke der ersten Zwischenschicht aus Kupfer von 20 Mikrometern erzielt wird.
In den nachfolgenden Verfahrensschritten 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 Kunststoffbauteile 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 in einem weiteren Verfahrensschritt 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 Kunststoff-Grundkörpers aus der Galvanik, worauf ein Reinigungs- und ein Trocknungsschritt (in der Figur nicht dargestellt) folgen kann, in einem weiteren 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 noch eine Lackschicht aufgebracht werden, welche beispielsweise die Optik der vorderseitig aufgebrachten Metallschicht bzw. deren Korrosionsbeständigkeit verändern bzw. verbessern kann.
Bei der zweiten Ausbildungsvariante ii. wird zunächst eine Auftragsmasse auf den Kunststoff-Grundkörper zumindest im Bereich der auszubildenden Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs aufgebracht. Danach wird die Symbolik respektive der Lichteinfallbereich durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik respektive den Lichteinfallbereich ausbildenden Bereichen ausgebildet. Im Anschluss wird jene außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegende Auftragsmasse von dem Kunststoff-Grundkörper entfernt. Schließlich wird chemisch oder physikalisch eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf den außerhalb der Symbolik respektive des Lichteinfallbereichs liegenden Bereichen auf Kunststoff-Grundkörper abgeschieden.
Das genannte Prozedere betreffend die zweite Ausbildungsvariante ii. sei nachfolgend im Detail erläutert.
Zunächst wird in einem nicht dargestellten Verfahrensschritt die Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörpers 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-Grundkörpers werden u. a. Verunreinigungen von der galvanisierbaren Oberfläche entfernt, insbesondere evtl. anhaftende organische Verunreinigungen.
Nachfolgend wird auf die galvanisierbare Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers eine Auftragsmasse aufgebracht. Die Auftragsmasse kann durch Aufdrucken, Aufstreichen, Aufwalzen, Aufsprühen oder im Wege einer Dipping-Technik erfolgen. Bei der Auftragsmasse kann es sich um einen Lack - beispielsweise einen UV-Lack - handeln, der weitere Bestandteile umfassen kann, beispielsweise Partikel die geeignet sind, Laserstrahlen zu absorbieren.
Nachfolgend wird die Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich ausgebildet, nämlich durch laserlithographische Bearbeitung (Laserschreiben) bzw. Laserbearbeiten, insbesondere Läserhärten. In den die Symbolik bzw. den Lichteinfallbereich ausbildenden Bereichen, wird ein Laserstrahl (vorzugsweise ein UV-Laser) entlang eines vorgegebenen Weges über die Auftragsmasse bewegt. Dabei kann die Auftragsmasse vollständig oder zu einem überwiegenden Teil aushärten. Der Laser kann beispielsweise eine Fotopolymerisation in der Auftragsmasse initiieren und/oder durch Wärmeeintrag die Aushärtung beschleunigen. Nach dem (partiellen) Aushärten, wird nicht ausgehärtete Auftragsmasse entfernt, beispielsweise durch Auswaschen oder einen Beizvorgang.
Wie schon erwähnt, wird der galvanisierbare Kunststoff-Grundkörper vor der laserlithographischen Bearbeitung mit einer Auftragsmasse beaufschlagt, beispielsweise vollflächig (also sowohl auf der Vorder- und/oder Rückseite). In jenen Bereichen der Auftragsmasse, in denen die Symbolik bzw. der Lichteinfallbereich ausgebildet werden sollen, wird ein Laserstrahl entlang eines vorgegebenen Weges über die Auftragsmasse bewegt. In lateraler Richtung wird mittels des Laserstrahls ein einer Schreibbreite (oder Spotbreite) des Laserstrahls entsprechender Bereich der Auftragsmasse der Laserstrahlung ausgesetzt bzw. von dem Laser bearbeitet. Der Laserstrahl kann dabei mehrfach entlang desselben Weges bewegt werden. Ist der Fokus des Laserstrahls kleiner als die gewünschte Schreibbreite, so kann der Laserstrahl in lateraler Richtung mehrfach entlang zueinander paralleler Bahnen bewegt werden. In Folge der Einwirkung der Laserstrahlen, härtet die Auftragsmasse zumindest im Bereich der Schreibbreite des Lasers aus und bildet einen gehärteten Bereich. Nach dem Entfernen der nicht ausgehärteten Auftragsmasse verbleibt der gehärtete Bereich auf der Oberfläche des galvanisierbaren Kunststoff-Grundkörpers und ist gegenüber den ausgewaschenen bzw. von Auftragsmasse befreiten Bereichen 6 erhaben. Der gehärtete Bereich bildet somit die Symbolik bzw. den Lichteinfallbereich aus.
In einem leicht abgewandelten Prozess ist vorgesehen, dass der ausgehärtete Bereich der Auftragsmasse anstelle eines direkten Laserschreibens unter Mithilfe einer Maske ausgebildet wird. Die Maske besteht aus einem für die Laserstrahlen undurchdringbaren Material. Wie dargestellt weist die Maske jedoch zumindest eine Aussparung auf, durch welche Laserstrahlung in Richtung der Auftragsmasse gelangen kann. Ein positionsgenaues Verfahren der Laserstrahlen ist bei dieser Variante nicht erforderlich. Jedoch muss neben der nicht ausgehärteten Auftragsmasse auch die Maske nach der Laserbeaufschlagung vom Substrat entfernt werden. Nach dem Entfernen der Maske verbleibt eine gegenüber den ausgewaschenen bzw. von der Auftragsmasse befreiten Bereichen erhabene Symbolik bzw. ein Lichteinfallbereich als gehärteter Bereich. Im Anschluss an die laserlithographische Aushärtung kann ein Nachhärteprozess stattfinden.
Jene die Symbolik umgebenden Ränder können in einem weiteren Verfahrensschritt mit einem oder mehreren Lasern zur Ausbildung klarer Konturen der Symbolik bzw. des Lichteinfallbereichs nachbearbeitet werden. Dabei wird überstehende Auftragsmasse entfernt bzw. weggelasert.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird die galvanisierbare Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers aktiviert, d.h. es wird auf aus dem Stand der Technik vorbekannte Weise 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.
Daraufhin wird chemisch, d. h. ohne Anwendung eines Galvanisierungsstroms, eine elektrisch leitende erste Metallschicht auf die aktivierte Oberfläche des Kunststoff-Grundkörpers aufgebracht. Hierzu wird der Kunststoff-Grundkörper in ein geeignetes Nickelbad eingebracht wird, aus welchem sich Nickel auf der aktivierten Oberfläche des Grundkörpers niederschlägt (sog. „ehem. Nickel“). Die hierbei entstehende dünne Nickelschicht weist eine Dicke von etwa einem Mikrometer auf. Die Nickelschicht stellt die (erste) abgeschiedene Metallschicht dar.
In einer alternativen Verfahrensführung wird die galvanisierbare Oberfläche des Kunststoff-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 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 chem. Nickel/chem. Kupfer) elektrochemisch galvanisiert werden zu können. Dieses Verfahren wird auch als Direktmetallisierung bezeichnet.
Weiterhin ist bekannt, dass die 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 erlauben, auf eine zeitaufwendige stromlose Abscheidung von chemisch Nickel bzw. chemisch Kupfer zu verzichten.
In einem weiteren (optionalen) Verfahrensschritt 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 einem 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 Kunststoff-Grundkörper dem Galvanikprozess entnommen, gewaschen und getrocknet.
Nachfolgend werden die Grundkörper dem Galvanik-Prozess zugeführt. Hierbei wird in einem nächsten Verfahrensschritt 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 Kunststoff-Grundkörpers auf dem Halter eine minimale Schichtdicke der ersten Zwischenschicht aus Kupfer von 20 Mikrometern erzielt wird.
In nachfolgenden Verfahrensschritten 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 Kunststoffbauteile 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 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 Kunststoff-Grundkörpers aus der Galvanik, worauf ein Reinigungs- und ein Trocknungsschritt (in der Figur nicht dargestellt) folgen kann, in einem weiteren 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 noch eine Lackschicht aufgebracht werden, welche beispielsweise die Optik der vorderseitig aufgebrachten Metallschicht bzw. deren Korrosionsbeständigkeit verändern bzw. verbessern kann.
Selbstverständlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch ohne einzelne der genannten Verfahrensschritte durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Abwandlungen im Rahmen der Patentansprüche sind ebenso möglich wie eine Kombination der Merkmale, auch wenn diese in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben sind.
Die 2 zeigt schematisiert ein mit der Erfindung vorgeschlagenes Kunststoffbauteil 1 mit einer zumindest teilweisen Metallisierung. In der 1 ist das Kunststoffbauteil 1 in einer Aufsicht auf die Vorderseite 4 dargestellt. Ersichtlich weist das Kunststoffbauteil 1 eine der Vorderseite 4 gegenüberliegende Rückseite 5 auf. Auf der Vorderseite 4 ist eine Symbolik 2 ausgebildet, hier exemplarisch mit den Buchstaben „ON“ dargestellt. Die Symbolik 2 ist metallfrei und durchleuchtbar. Denn von einem die Symbolik 2 einschließenden Lichteinfallbereich 3 (strichliniert angedeutet) auf der Rückseite 5 des Kunststoffbauteils 1 kann Licht durch die Symbolik 2 hindurchtreten und optisch beim Blick auf die Vorderseite 4 wahrgenommen werden.
Bezugszeichenliste

1: Kunststoffbauteil
2: Symbolik
3: Lichteinfallbereich
4: Vorderseite
5: Rückseite

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10208674 A1 [0003, 0027]
DE 102010016973 B4 [0004, 0083]
DE 202015006095 U1 [0006]
DE 102007015625 B4 [0007]
DE 102010064521 B3 [0008]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise metallisierten Kunststoffbauteils (1) mit durchleuchtbarer Symbolik (2), insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit den folgenden Verfahrensschritten: a. Erzeugen eines Kunststoff-Grundkörpers aus einem galvanisierbaren Kunststoff, der zumindest eine Vorderseite (4) und eine der Vorderseite (4) gegenüberliegende Rückseite (5) aufweist; b. Ausbilden der durchleuchtbaren Symbolik (2) im Bereich der Vorderseite (4) und/oder einem der Symbolik (2) gegenüberliegenden Lichteinfallbereich (3) im Bereich der Rückseite (5) in einer ersten oder zweiten Ausbildungsvariante, wobei i. gemäß der ersten Ausbildungsvariante - eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht chemisch oder physikalisch auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschieden wird, sowie - im Bereich der auszubildenden Symbolik (2) respektive des Lichteinfallbereichs (3) die erste Metallschicht mittels Laserablation abgetragen wird; ii. gemäß der zweiten Ausbildungsvariante - eine Auftragsmasse auf den Kunststoff-Grundkörper zumindest im Bereich der auszubildenden Symbolik (2) respektive des Lichteinfallbereichs (3) aufgebracht wird, - die Symbolik (2) respektive der Lichteinfallbereich (3) ausgebildet wird durch laserlithographisches Bearbeiten der aufgebrachten Auftragsmasse in den die Symbolik (2) respektive den Lichteinfallbereich (3) ausbildenden Bereichen, - jene außerhalb der Symbolik (2) respektive des Lichteinfallbereichs (3) liegende Auftragsmasse von dem Kunststoff-Grundkörper entfernt wird, - chemisch oder physikalisch eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht auf den außerhalb der Symbolik (2) respektive des Lichteinfallbereichs (3) liegenden Bereichen auf Kunststoff-Grundkörper abgeschieden wird; c. Elektrochemisches Abscheiden zumindest einer zweiten Metallschicht auf der ersten Metallschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteinfallbereich (3) in einer zur durchleuchtbaren Symbolik (2) komplementären Form und/oder Größe ausgebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteinfallbereich (3) und die Symbolik (2) dahingehend ausgebildet werden, dass der Lichteinfallbereich (3) die durchleuchtbare Symbolik (2) in Bezug auf ihre Form und/oder Größe einschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteinfallbereich (3) und die Symbolik (2) dahingehend ausgebildet werden, dass die durchleuchtbare Symbolik (2) den Lichteinfallbereich (3) in Bezug auf dessen Form und/oder Größe einschließt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteinfallbereich (3) dahingehend ausgebildet wird, dass er eine kreisförmige oder polygonale, insbesondere rechteckige oder quadratische, Kontur aufweist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lichteinfallbereich (3) dahingehend ausgebildet wird, dass er eine polygonale, insbesondere rechteckige oder quadratische, Kontur mit abgerundeten Ecken aufweist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Lichteinfallbereichen (3), beispielsweise punkt- oder linienförmigen Lichteinfallbereiche (3), ausgebildet wird, wobei die Mehrzahl der Lichteinfallbereiche (3) vorzugsweise innerhalb einer gedachten und auf die Rückseite (5) projizierten Kontur der Symbolik (2) angeordnet werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erzeugen des Kunststoff-Grundkörpers im Bereich der Rückseite (5) zumindest eine Haltevorrichtung ausgebildet wird, an welchem zumindest eine Lichtquelle anordenbar ist.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der durchleuchtbaren Symbolik (2) und/oder des Lichteinfallbereichs (3) eine zwei-schrittige Laserablation erfolgt, nämlich mit den Schritten: a. Freiräumen der von der Kontur der Symbolik (2) und/oder des Lichteinfallbereichs (3) umschlossenen Fläche; b. Schreiben der Kontur der Symbolik (2) und/oder des Lichteinfallbereichs (3).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der durchleuchtbaren Symbolik (2) und/oder des Lichteinfallbereichs (3) eine Mehrzahl von Lasern zur gleichzeitigen Bearbeitung der Vorder- und Rückseite (4, 5) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der durchleuchtbaren Symbolik (2) und/oder des Lichteinfallbereichs (3) die Vorder- und Rückseite (4, 5) nacheinander mit einem Laser oder einer Mehrzahl von Lasern bearbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff-Grundkörper aus einem transparenten oder transluzenten Kunststoff erzeugt wird, insbesondere einem transparenten oder transluzenten Polyamid, ABS oder einem ABS/Polycarbonat-Blend.
Kunststoffbauteil (1) mit durchleuchtbarer Symbolik, welches zumindest teilweise metallisiert ist, und insbesondere für eine Verwendung in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, umfassend einen Kunststoff-Grundkörper mit zumindest einer ersten und zweiten Metallschicht, mit den Merkmalen: a. der Kunststoff-Grundkörper ist, vorzugsweise vollständig, aus einem galvanisierbaren Kunststoff gefertigt, wobei der Kunststoff-Grundkörper zumindest eine Vorderseite (4) und eine der Vorderseite (4) gegenüberliegende Rückseite (5) aufweist; b. die durchleuchtbare Symbolik (2) ist im Bereich der Vorderseite (4) ausgebildet, während in einem der Symbolik (2) gegenüberliegenden Bereich der Rückseite (5) ein Lichteinfallbereich (3) ausgebildet ist, wobei die durchleuchtbare Symbolik (2) und/oder der Lichteinfallbereich (3) nach einer ersten oder zweiten Ausbildungsvariante ausgebildet sind, wobei i. gemäß der ersten Ausbildungsvariante die Symbolik (2) respektive der Lichteinfallbereich (3) im Wege einer laserablativen Abtragung einer elektrisch leitfähigen, auf dem Kunststoff-Grundkörper abgeschiedenen, ersten Metallschicht ausgebildet sind, ii. gemäß der zweiten Ausbildungsvariante die Symbolik (2) respektive der Lichteinfallbereich (3) durch eine auf den Kunststoff-Grundkörper zumindest im Bereich der auszubildenden Symbolik (2) respektive des Lichteinfallbereichs (3) aufgebrachte und laserlithographisch bearbeitete Auftragsmasse ausgebildet ist, wobei auf dem Kunststoff-Grundkörper zumindest teilweise eine elektrisch leitfähige erste Metallschicht angeordnet ist; c. die zweite Metallschicht ist auf der ersten Metallschicht angeordnet.
Kunststoffbauteil (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 gefertigt ist.