WO2016058593A1 - Verfahren zur herstellung eines formkörpers sowie eine deckschicht zur anwendung bei dem verfahren - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines formkörpers sowie eine deckschicht zur anwendung bei dem verfahren Download PDF

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WO2016058593A1
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layer
plasma coating
plasma
covering layer
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Bernd Rösener
Roman Ostholt
Michael Bisges
Johannes TEKATH
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Lpkf Laser & Electronics Ag
Plasma Innovations GmbH
Peters Research Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a particular three-dimensional molded body, for example a MI D component, in which at least in sections a cover layer is applied to the molded body and then over its entire surface
  • Plasma coating of the surface of the molding provided with the cover layer takes place by means of a plasma coating process, so that the plasma coating enters into a adherent connection with the surface of the molding in recessed from the outer layer portions of the molding. Furthermore, the invention relates to a producible by the process molding and a cover layer for use in the method.
  • Shaped body in particular injection-molded circuit carrier, which is also referred to as Molded Interconnect Device or MI D component, already belongs to the prior art.
  • MI D components are components in which electrical and mechanical functions are integrated into an injection-molded part.
  • Essential fields of application for MID technology are automotive engineering, industrial automation, medical technology, the household appliance industry, telecommunications technology, measurement and analysis technology and aerospace.
  • the advantages of the MID technology lie in both the improved Freedom of design and environmental compatibility, as well as in an economic manufacturing process.
  • the substrate including the mask is coated over its entire surface. The detachment of the fully coated mask is possible only with considerable difficulty.
  • DE 10 2013 100 708 B3 already relates to a method for producing a structured surface on a shaped body, for example a 3D-MID component.
  • a structured surface on moldings is a non-adhesive
  • Injection molded articles by single or multi-component injection molding produced in such a way that portions of the surface of the first molded body remain free and then a full-surface coating of the entire surface of the composite body by means of plasma. Subsequently, the second molded body is detached from the composite body, so that the remaining directly on the first molded body, remaining plasma coating having the desired pattern of the coating.
  • the first molded article may also be an insert, such as a glass or ceramic plate, onto which the second molded article is then sprayed.
  • photoresist varnish is printed over the entire surface of a substrate and then partially covered with a stencil.
  • the uncovered areas of the photoresist paint are exposed by UV radiation and cured.
  • a thin metallization can be applied to the cured areas, for example by sputtering. The masked by the stencil and not
  • Cured areas of the photoresist paint are then removed, for example by wet chemical methods.
  • a method for producing a component with conductor tracks on the surface of the component is known.
  • the surface of the component is laser-structured in such a way before spraying that a non-adhesive region with a knob-like surface structure is formed.
  • the coating material preferably applied by way of flame spraying does not adhere to the surface of the component in order to form the conductor tracks.
  • Coating material melted, accelerated in a gas stream and thrown onto the surface of the component.
  • the particles of the coating material flatten, remain adhering primarily by mechanical interlocking and build up the coating.
  • the component surface is thermally relatively heavily loaded by the flame spraying.
  • the present invention seeks to provide a method and a suitable cover layer for producing a component having a structured surface, with which the production of plasma-coated molded parts is substantially simplified.
  • the material of the cover layer is at least partially changed in its properties before and / or during the plasma coating and / or removed, for example by means of laser radiation selectively modified so that it forms an adhesion-rejecting surface property in the subsequent plasma coating process only in the unmodified areas.
  • non-stable outer layers of UV-curable coatings have proven particularly suitable.
  • the coating process is carried out as a plasma coating process in a plasma generator in which an anode and a cathode are spaced apart.
  • a carrier gas which is excited by means of an arc discharge between the anode and cathode.
  • the powdery coating material is injected in a particle size distribution of 100 nm to 120 ⁇ , which is on by the high plasma temperature or melted.
  • Pure metals, for example copper, alloys or mixtures for the formation of the structured surface can be used as the coating material.
  • the plasma stream entrains the powder particles and hurls them at the component to be coated, where the powder separates as a closed layer on the surface of the component.
  • the gas molecules return to a stable state after only a short time and the plasma temperature drops again after only a short distance of the plasma flow, so that the surface of the component is only slightly thermally stressed when the plasma generator distance from the plasma generator to the surface of the component is maintained ,
  • the plasma coating is preferably carried out with an atmospheric pressure plasma.
  • Atmospheric pressure plasma refers to a plasma in which the pressure is approximately equal to that of the surrounding atmosphere - the so-called normal pressure. In contrast to the low-pressure plasma or high-pressure plasma, no reaction vessel is required which ensures the maintenance of a pressure level different from the atmospheric pressure. If the process is to coat parts made of plastic, plasma generators are available in a power range of 0 to 1-5 kW.
  • the method according to the invention permits the use of unfocussed plasma generators for carrying out the plasma coating with the widest possible plasma jet.
  • Typical beam widths are between 1-50 mm.
  • the cover layer can be completely removed in this area, so that the surface of the molded body is exposed, so as to produce an adhesion of the metallic components of the plasma coating or even adhesion-promoting properties on the thus exposed surface of the molded body.
  • the cover layer serves as a sacrificial layer which prevents adhesion of the coating particles by degradation of the cover layer or its chemical or physical transformation.
  • the plasma coating process converts the
  • the energy required for the degradation of the sacrificial layer is set by the mixing ratio of the molecular constituents.
  • Ingredients include, for example, the type and composition of the polymeric material of the topcoat, photoinitiators or solvents. Such constituents can also transfer the thermal energy necessary for the degradation of the sacrificial layer in the molten state to the surface or optimize the energy input by means of energy-absorbing properties. As a result, the heating of the shaped body can be reduced. In this way, particularly finely structured plasma coatings can be realized, wherein the plasma coating an electrically conductive layer,
  • a conductor track in the region of the laser-structured surface is produced, which is suitable, for example, for electrical circuit carriers.
  • the laser radiation could be directed through a template with the contours to be generated.
  • an embodiment in which the cover layer is selectively removed by means of the laser radiation in a writing method is particularly advantageous. As a result, a flexible manufacturing and different structuring is favored.
  • the coating preferably bonds adhesively to the surface of the molded article and can have, for example, an acrylate finish.
  • the cover layer is applied as a coating, in particular UV-curable lacquer, whose composition comprises at least the constituents acrylates, polyurethanes and / or photoinitiators.
  • the cover layer can be applied in accordance with a surface enclosing the plasma coating to be produced.
  • the molded body is enveloped by the cover layer by being immersed, for example, in the initially liquid substance, thereby forming a cover layer completely enclosing the molded body after curing.
  • a near-surface plane of the shaped body is removed by means of the laser radiation.
  • the roughening of the surface is effected, in which there is an optimal mechanical clamping and thus to a significant improvement of
  • the method is suitable for use in almost any way.
  • Moldings In particularly advantageous embodiments of the molding of polymer, glass, metal, ceramic and / or wood.
  • an intermediate layer which has a substantially ceramic material portion is at least partially applied to the shaped body, and then the Cover layer applied to this intermediate layer.
  • Insulation of the molded body against the plasma coating ensured, so that in principle also electrically conductive substances, such as metal body can be used as a shaped body.
  • electrically conductive substances such as metal body
  • a thermal insulation of the molded body is achieved as compared to the heat energy acting in the plasma coating process.
  • Plasma energy takes place. This degradation can be carried out both as a decomposition process of a polymeric molecular chain and as a thermal evaporation process of a low molecular weight constituent.
  • the energy input reduces the volume and weight of the covering layer of the shaped body during the plasma coating
  • the cover layer is applied with a layer thickness of 1 ⁇ to 500 ⁇ on the surface of the molding, wherein the layer thickness can be dimensioned differently in different areas.
  • the cover layer could be retained on the surface of the molded article in the areas not exposed to the laser radiation after completion of the plasma coating process. Appropriately, the cover layer is peeled off.
  • the object according to the invention is furthermore achieved with a covering layer in that the covering layer is degradable or convertible by the energy input associated with the plasma coating process, in particular releases gaseous constituents, so as to achieve adhesion to the surface of the molding due to the associated volatile properties.
  • the degradation of the envelope creates a gas pressure which prevents adhesion of the coating particles.
  • Such components include, for example, the type and proportion of the polymer, photoinitiator and / or solvent.
  • the cover layer contains energy-absorbing constituents, in particular particles.
  • powder particles can be used for this purpose, which transfer or reflect the thermal energy necessary for the degradation of the sacrificial layer in the molten state to the surface of the cover layer.
  • This shows a flow chart of a method according to the invention for producing a particular three-dimensional molded body.
  • a first step the application of a cover layer 1 on the molding.
  • a full-surface plasma coating 2 is applied to the surface of the shaped body provided with the cover layer by means of a plasma coating process.
  • the material of the cover layer is selectively using
  • Laser radiation modified 3 for example, changed in its properties or removed, so that it forms only in the unmodified areas an adhesion-rejecting surface property in the subsequent plasma coating process.
  • an adherent compound 4 of the plasma coating with the surface of the molded body is formed in subregions of the molded body that are recessed from the cover layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines insbesondere dreidimensionalen Formkörpers, bei dem zunächst eine Deckschicht auf den Formkörper aufgebracht (1) wird. Anschließend wird vollflächig eine Plasmabeschichtung (2) auf die der Oberfläche des mit der Deckschicht versehenen Formkörpers mittels eines Plasmabeschichtungsprozesses aufgebracht. Hierbei entsteht in von der Deckschicht ausgesparten Teilbereichen des Formkörpers eine haftfeste Verbindung (4) der Plasmabeschichtung (2) mit der Oberfläche des Formkörpers. Hierbei wird das Material der Deckschicht während der Plasmabeschichtung (2) in seinen Eigenschaften verändert oder abgetragen, indem die Deckschicht vor der vollflächigen Plasmabeschichtung (2) selektiv mittels Laserstrahlung derart modifiziert (3) wird, dass diese lediglich in den nicht modifizierten Bereichen eine haftabweisende Oberflächeneigenschaft bei dem nachfolgenden Plasmabeschichtungsprozesses ausbildet. Überraschenderweise weisen gegenüber einer Plasmabeschichtung (2) nicht stabile Deckschichten besonders große haftungsverringernde Eigenschaften auf.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Formkörpers sowie
eine Deckschicht zur Anwendung bei dem Verfahren
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines insbesondere dreidimensionalen Formkörpers, beispielsweise eines MI D-Bauteils, bei dem zumindest abschnittsweise eine Deckschicht auf den Formkörper aufgebracht wird und anschließend vollflächig eine
Plasmabeschichtung der Oberfläche des mit der Deckschicht versehenen Formkörpers mittels eines Plasmabeschichtungsprozesses erfolgt, sodass die Plasmabeschichtung in von der Deckschicht ausgesparten Teilbereichen des Formkörpers eine haftfeste Verbindung mit der Oberfläche des Formkörpers eingeht. Weiterhin betrifft die Erfindung einen nach dem Verfahren herstellbaren Formkörper sowie eine Deckschicht zur Anwendung bei dem Verfahren.
Ein derartiges Verfahren zur Herstellung eines insbesondere dreidimensionalen
Formkörpers, insbesondere spritzgegossenen Schaltungsträgers, welcher auch als Molded Interconnect Device oder MI D-Bauteil bezeichnet wird, zählt bereits zum Stand der Technik.
Als MI D-Bauteile werden Bauteile bezeichnet, bei denen elektrische und mechanische Funktionen in ein Spritzgussteil integriert werden. Wesentliche Einsatzgebiete für die MID- Technik sind der Automobilbau, die Industrieautomatisierung, die Medizintechnik, die Hausgeräteindustrie, die Telekommunikationstechnik, die Mess- und Analysetechnik sowie die Luft- und Raumfahrt. Die Vorteile der MID-Technik liegen sowohl in der verbesserten Gestaltungsfreiheit und Umweltverträglichkeit, als auch in einem wirtschaftlichen Herstellungsprozess.
Aus der DE 10 2008 011 249 A1 ist es bereits bekannt, mittels eines Plasmaverfahrens Beschichtungen auf einer durch Maskierung strukturierten Oberfläche von Substraten abzuscheiden. Die Plasmabeschichtung wird meist dazu benutzt, Beschichtungen mit Schichtdicken von weit mehr als 30 μηι abzuscheiden. Bei der Plasmabeschichtung liegt eine Besonderheit darin, dass das im Plasma erhitzte Beschichtungsmaterial, wie Pulver oder Aerosol, großflächig aus der Düse austritt und gleichzeitig auch als verdampftes Material (Nanopartikel) vorliegen kann.
Sofern eine gedruckte Maske auf dem Substrat zum Einsatz gelangt, wird anschließend das Substrat einschließlich der Maske vollflächig beschichtet. Das Ablösen der vollflächig beschichteten Maske ist nur mit erheblichen Schwierigkeiten möglich.
Sofern Schablonen aus biegeschlaffen Materialien als Maskierung zum Einsatz gelangen, bereitet es Probleme, die Maskierungskanten mit einer definierten Anpresskraft
vorzuspannen. Durch den Strömungsdruck unterwandert das im Wege der
Plasmabeschichtung abgeschiedene Beschichtungsmaterial die Schablone am Rand.
Die DE 10 2013 100 708 B3 bezieht sich bereits auf ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Oberfläche auf einem Formkörper, beispielsweise einem 3D-MID-Bauteil. Zur Herstellung der strukturierten Oberfläche auf Formkörpern wird ein nicht haftfester
Verbundkörper aus mindestens einem ersten Formkörper und mindestens einem
Spritzgussformkörper mittels Ein- oder Mehrkomponentenspritzguss derart hergestellt, dass Teilbereiche der Oberfläche des ersten Formkörpers frei bleiben und anschließend eine vollflächige Beschichtung der gesamten Oberfläche des Verbundkörpers mittels Plasma erfolgt. Nachfolgend wird der zweite Formkörper von dem Verbundkörper abgelöst, sodass die direkt auf dem ersten Formkörper haftende, verbleibende Plasmabeschichtung das gewünschte Muster der Beschichtung aufweist. Der erste Formköper kann neben einem Spritzgussformkörper auch ein Einlegeteil wie zum Beispiel eine Glas- oder Keramikplatte sein, auf die dann der zweite Formkörper aufgespritzt wird.
Schließlich sind die von der Leiterplattenherstellung bekannten Photoresist-Verfahren bekannt, bei denen ein Photoresist-Lack vollflächig auf ein Substrat aufgedruckt und anschließend teilweise mit einer Schablone abgedeckt wird. Die nicht abgedeckten Bereiche des Photoresist- Lacks werden mittels UV-Strahlung belichtet und ausgehärtet. Anschließend kann eine dünne Metallisierung auf die ausgehärteten Bereiche, beispielsweise im Wege des Sputterns, aufgebracht werden. Die von der Schablone abgedeckten und nicht
ausgehärteten Bereiche des Photoresist- Lacks werden anschließend entfernt, beispielsweise mit nasschemischen Verfahren.
Die im Stand der Technik bekannten Maskierungstechniken, insbesondere die Verwendung von Schablonen, stehen einem kontinuierlichen Herstellungsprozess von teilweise beschichteten Bauteilen mit einer strukturierten Oberfläche entgegen.
Aus der DE 10 2005 062 271 B3 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils mit Leiterbahnen auf der Oberfläche des Bauteils bekannt. Um die Leiterbahnen im Wege des thermischen Spritzens aufzubringen, wird vor dem Spritzen die Oberfläche des Bauteils mit einem Laser derart strukturiert, dass sich ein nicht haftender Bereich mit einer noppenartigen Oberflächenstruktur ausbildet. In diesem Bereich haftet das vorzugsweise im Wege des Flammspritzens aufgebrachte Beschichtungsmaterial zur Ausbildung der Leiterbahnen nicht an der Oberfläche des Bauteils an. Beim thermischen Spritzen wird das
Beschichtungsmaterial aufgeschmolzen, in einem Gasstrom beschleunigt und auf die Oberfläche des Bauteils geschleudert. Beim Auftreffen auf das Substrat flachen die Partikel des Beschichtungsmaterials ab, bleiben vorrangig durch mechanische Verklammerung haften und bauen die Beschichtung auf. Die Bauteiloberfläche wird durch das Flammspritzen thermisch relativ stark belastet.
Aus dem Stand der Technik sind desweiteren Deckschichten bekannt, die
haftungsverringernde Eigenschaften aufweisen, wie z.B. Fluorpolymere und Bornitridgefüllte Lacke. Die Selektivität dieser Systeme ist sehr begrenzt, daher ist ein Einsatz für die Herstellung von MI D-Bauteilen nicht vorteilhaft.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine hierfür geeignete Deckschicht zur Herstellung eines Bauteils mit einer strukturierten Oberfläche anzugeben, mit dem die Herstellung plasmabeschichter Formteile wesentlich vereinfacht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 , durch einen nach diesem Verfahren herstellbaren Formkörper sowie durch eine Deckschicht zum Auftragen auf den Formkörper gelöst. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung. Erfindungsgemäß wird also das Material der Deckschicht vor und/oder während der Plasmabeschichtung zumindest teilweise in seinen Eigenschaften verändert und/oder abgetragen, beispielsweise mittels Laserstrahlung selektiv derart modifiziert, dass diese lediglich in den nicht modifizierten Bereichen eine haftabweisende Oberflächeneigenschaft bei dem nachfolgenden Plasmabeschichtungsprozesses ausbildet.
Überraschenderweise weisen gegenüber einer Plasmabeschichtung nicht stabile
Deckschichten besonders große haftungsverringernde Eigenschaften auf. In praktischen Versuchen hat sich erwiesen, dass die Selektivität mit solchen Deckschichten deutlich höher ist, als mit den aus dem Stand der Technik bekannten Deckschichten aus Fluorpolymeren oder Bornitrid-gefüllten Lacken.
Als besonders geeignet haben sich gegenüber einer Plasmabeschichtung nicht stabile Deckschichten aus UV-härtbaren Lacken erwiesen.
Der Beschichtungsprozess wird als Plasmabeschichtungsprozess in einem Plasmaerzeuger ausgeführt, bei dem eine Anode und eine Kathode im Abstand zueinander angeordnet sind. Durch den Plasmaerzeuger strömt ein Trägergas, das im Wege einer Lichtbogenentladung zwischen Anode und Kathode angeregt wird. In den derart erzeugten Plasmastrom wird das pulverförmige Beschichtungsmaterial in einer Kornverteilung von 100 nm bis 120 μηι eingedüst, das durch die hohe Plasmatemperatur an- bzw. aufgeschmolzen wird. Als Beschichtungsmaterial können reine Metalle, beispielsweise Kupfer, Legierungen oder Mischungen für die Ausbildung der strukturierten Oberfläche zum Einsatz kommen.
Der Plasmastrom reißt die Pulverpartikel mit und schleudert sie auf das zu beschichtende Bauteil, wo sich das Pulver als geschlossene Schicht auf der Oberfläche des Bauteils abscheidet. Die Gasmoleküle kehren bereits nach kürzester Zeit wieder in einen stabilen Zustand zurück und die Plasmatemperatur sinkt bereits nach kurzer Wegstrecke des Plasmastroms wieder ab, sodass die Oberfläche des Bauteils bei Einhaltung des für die Plasmabeschichtung üblichen Abstands des Plasmaerzeugers zur Oberfläche des Bauteils nur geringfügig thermisch belastet wird.
Die Plasmabeschichtung erfolgt vorzugsweise mit einem Atmosphärendruckplasma.
Atmosphärendruckplasma bezeichnet ein Plasma, bei welchem der Druck ungefähr dem der umgebenden Atmosphäre - dem sogenannten Normaldruck - entspricht. Im Gegensatz zum Niederdruckplasma oder Hochdruckplasma wird kein Reaktionsgefäß benötigt, das für die Aufrechterhaltung eines zum Atmosphärendruck unterschiedlichen Druckniveaus sorgt. Sofern mit dem Verfahren Teile aus Kunststoff beschichtet werden sollen, bieten sich Plasmaerzeuger in einem Leistungsbereich von 0, 1-5 kW Leistung an.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt den Einsatz unfokussierter Plasmaerzeuger für die Durchführung der Plasmabeschichtung mit einem möglichst breiten Plasmastrahl. Typische Strahlbreiten liegen zwischen 1-50 mm.
Durch die Laserstrahlung kann die Deckschicht in diesem Bereich vollständig entfernt werden, sodass die Oberfläche des Formkörpers freiliegt, um so eine Anhaftung der metallischen Anteile der Plasmabeschichtung oder sogar haftvermittelnde Eigenschaften auf der so freigelegten Oberfläche des Formkörpers zu erzeugen.
Alternativ hat es sich in der Praxis bereits als besonders Erfolg versprechend erwiesen, wenn mittels der Laserstrahlung lediglich eine oberflächennahe Randschicht der Deckschicht abgetragen wird, sodass also die Stärke der Deckschicht beispielsweise reduziert wird oder diese Bereiche aufgrund der Modifikation bei der Plasmabeschichtung schneller oder bevorzugt abgetragen werden. Insbesondere dient die Deckschicht als eine Opferschicht, die durch den Abbau der Deckschicht oder deren chemische oder physikalische Umwandlung eine Anhaftung der Beschichtungspartikel verhindert. Indem der Wirkmechanismus der Opferschicht durch eine maximale Energieeinkopplung begrenzt wird und danach kein weiterer Abbau mehr stattfindet, kommt es in den zuvor durch die Laserstrahlung
modifizierten Bereichen vorzeitig zu einem Ende der Antihaftwirkung, sodass sich dort die gewünschte Plasmabeschichtung in der gewünschten Weise selektiv aufbaut.
Beispielsweise wird durch den Plasmabeschichtungsprozess eine Umwandlung der
Deckschicht und der Ausbildung eines Gasdrucks erreicht und hierdurch eine Anhaftung der Beschichtungspartikel während der fortgesetzten Umwandlung verhindert.
In besonders bevorzugter Weise wird die zum Abbau der Opferschicht notwendige Energie durch das Mischungsverhältnis der molekularen Bestandteile eingestellt. Derartige
Bestandteile sind beispielsweise die Art und Zusammensetzung des polymeren Materials der Deckschicht, Photoinitiatoren oder Lösemittel. Derartige Bestandteile können auch die zum Abbau der Opferschicht notwendige thermische Energie im geschmolzenen Zustand auf die Oberfläche transferieren oder durch energieabsorbierende Eigenschaften den Energieeintrag optimieren. Hierdurch kann die Erwärmung des Formkörpers vermindert werden. Auf diese Weise können besonders fein strukturierte Plasmabeschichtungen realisiert werden, wobei durch die Plasmabeschichtung eine elektrisch leitfähige Schicht,
insbesondere eine Leiterbahn im Bereich der laserstrukturierten Oberfläche erzeugt wird, die beispielsweise für elektrische Schaltungsträger geeignet ist.
Die Laserstrahlung könnte durch eine Schablone mit den zu erzeugenden Konturen hindurch gelenkt werden. Besonders vorteilhaft ist hingegen eine Ausführungsform, bei welcher die Deckschicht selektiv mittels der Laserstrahlung in einem schreibenden Verfahren abgetragen wird. Hierdurch wird eine flexible Fertigung auch unterschiedlicher Strukturierungen begünstigt.
Die Beschichtung verbindet sich vorzugsweise haftfest mit der Oberfläche des Formkörpers und kann beispielsweise einen Acrylatlack aufweisen. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Deckschicht als Beschichtung, insbesondere UV- härtbarer Lack aufgetragen, deren Zusammensetzung zumindest die Bestandteile Acrylate, Polyurethane und/oder Photoinitiatoren umfasst.
Die Deckschicht kann entsprechend einer die herzustellende Plasmabeschichtung einschließenden Fläche aufgebracht werden. Bei einer weiteren, ebenfalls besonders zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung wird der Formkörper von der Deckschicht umhüllt, indem dieser beispielsweise in die zunächst flüssige Substanz getaucht wird und dadurch nach dem Aushärten eine den Formkörper vollständig einschließende Deckschicht bildet.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders Erfolg versprechenden Abwandlung des Verfahrens wird mittels der Laserstrahlung eine oberflächennahe Ebene des Formkörpers entfernt. Hierdurch wird die Aufrauhung der Oberfläche bewirkt, in welcher es zu einer optimalen mechanischen Verklammerung und somit zu einer wesentlichen Verbesserung der
Haftfestigkeit kommt.
Grundsätzlich eignet sich das Verfahren zur Anwendung bei nahezu beliebigen
Formkörpern. Bei besonders zweckmäßigen Ausgestaltungen besteht der Formkörper aus Polymer, Glas, Metall, Keramik und/oder Holz.
Bei einer weiteren, ebenfalls besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung wird auf den Formkörper zunächst zumindest abschnittsweise eine Zwischenschicht aufgebracht, die einen im Wesentlichen keramischen Materialanteil aufweist, und dann wird die Deckschicht auf diese Zwischenschicht aufgebracht. Hierdurch wird eine elektrische
Isolierung des Formkörpers gegenüber der Plasmabeschichtung sichergestellt, sodass als Formkörper grundsätzlich auch elektrisch leitfähige Substanzen, beispielsweise Metallkörper verwendet werden können. Zudem wird so auch eine thermische Isolierung des Formkörpers gegenüber der beim Plasmabeschichtungsprozess einwirkenden Wärmeenergie erreicht.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Deckschicht durch die thermische
Einwirkung während des Plasmabeschichtungsprozesses abgebaut wird, wobei der thermische Abbau durch den nachfolgenden Plasma-Beschichtungsprozess in Abhängigkeit der Dauer und des Energieeintrages, insbesondere der Wärmeübertragung und der
Plasmaenergie, erfolgt. Dieser Abbau kann sowohl als Zersetzungsprozess einer polymeren Molekülkette als auch als thermischer Verdampfungsprozess eines niedermolekularen Bestandteils ausgeführt werden. Über den Energieeintrag verringert sich das Volumen und Gewicht der Deckschicht des Formkörpers während der Plasmabeschichtung
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Deckschicht mit einer Schichtstärke von 1 μηι bis 500 μηι auf die Oberfläche des Formkörpers aufgebracht, wobei die Schichtstärke in verschiedenen Bereichen unterschiedlich bemessen werden kann.
Die Deckschicht könnte in den der Laserstrahlung nicht ausgesetzten Bereichen nach Abschluss des Plasmabeschichtungsprozesses auf der Oberfläche des Formkörpers erhalten bleiben. Zweckmäßigerweise wird die Deckschicht abgelöst.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiterhin noch mit einer Deckschicht dadurch gelöst, dass die Deckschicht durch den mit dem Plasmabeschichtungsprozess verbundenen Energieeintrag abbaubar oder umwandelbar ist, insbesondere gasförmige Bestandteile freisetzt, um so aufgrund der damit verbundenen flüchtigen Eigenschaften eine Anhaftung auf der Oberfläche des Formkörpers zu erreichen. Insbesondere entsteht durch den Abbau der Umhüllung ein Gasdruck, der eine Anhaftung der Beschichtungspartikel verhindert. Sobald der Abbau derart fortgeschritten ist, dass in den zuvor durch die Laserbearbeitung verminderten oder geschwächten Schichtstärken der Deckschicht die Oberfläche des Formkörpers freiliegt, beginnt die Abscheidung mittels des Plasmabeschichtungsprozesses beschränkt auf diese Bereiche. Der Plasmabeschichtungsprozess ist somit zeitlich limitiert durch den fortschreitenden Abbau der Deckschicht und wird vor dem Abbau der Deckschicht in den nicht laserstrukturierten Bereichen abgeschlossen. Dabei ist die zum Abbau der Deckschicht erforderliche Energie durch das
Mischungsverhältnis der molekularen Bestandteile einstellbar. Solche Bestandteile umfassen beispielsweise die Art und den Anteil des Polymers, Photoinitiators und/oder Lösemittels.
Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Deckschicht energieabsorbierende Bestandteile, insbesondere Partikel enthält. Beispielsweise können hierzu Pulverpartikel verwendet werden, welche die zum Abbau der Opferschicht notwendige thermische Energie im geschmolzenen Zustand auf die Oberfläche der Deckschicht transferieren oder reflektieren.
Die Erfindung lässt verschiedene Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt ein Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines insbesondere dreidimensionalen Formkörpers. Dabei erfolgt in einem ersten Schritt das Aufbringen einer Deckschicht 1 auf den Formkörper. Anschließend wird in einem zweiten Schritt eine vollflächige Plasmabeschichtung 2 auf die Oberfläche des mit der Deckschicht versehenen Formkörpers mittels eines Plasmabeschichtungsprozesses aufgebracht.
Während der Plasmabeschichtung wird das Material der Deckschicht selektiv mittels
Laserstrahlung modifiziert 3, beispielsweise in seinen Eigenschaften verändert oder abgetragen, sodass diese lediglich in den nicht modifizierten Bereichen eine haftabweisende Oberflächeneigenschaft bei dem nachfolgenden Plasmabeschichtungsprozesses ausbildet. Abschließend entsteht in von der Deckschicht ausgesparten Teilbereichen des Formkörpers eine haftfeste Verbindung 4 der Plasmabeschichtung mit der Oberfläche des Formkörpers.

Claims

PATE N TAN SP RÜ C H E
1. Verfahren zur Herstellung eines insbesondere dreidimensionalen Formkörpers, insbesondere MID-Bauteils, bei dem zumindest abschnittsweise eine Deckschicht auf den Formkörper aufgebracht wird und anschließend vollflächig eine Plasmabeschichtung der Oberfläche des mit der Deckschicht versehenen Formkörpers mittels eines
Plasmabeschichtungsprozesses erfolgt, sodass die Plasmabeschichtung in von der
Deckschicht ausgesparten Teilbereichen des Formkörpers eine haftfeste Verbindung mit der Oberfläche des Formkörpers eingeht, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Deckschicht vor und/oder während der Plasmabeschichtung zumindest teilweise in seinen Eigenschaften verändert und/oder abgetragen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht vor der vollflächigen Plasmabeschichtung selektiv mittels Laserstrahlung modifiziert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Laserstrahlung die Deckschicht in diesem Bereich vollständig entfernt wird, sodass die Oberfläche des Formkörpers freiliegt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Laserstrahlung lediglich eine oberflächennahe Randschicht der Deckschicht abgetragen wird.
5. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Plasmabeschichtungsprozess eine Umwandlung der Deckschicht und eine Ausbildung eines Gasdrucks erreicht wird.
6. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die zum Abbau der Opferschicht notwendige Energie durch das Mischungsverhältnis der molekularen Bestandteile eingestellt wird.
7. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass durch die Plasmabeschichtung eine elektrisch leitfähige Schicht, insbesondere eine Leiterbahn im Bereich der laserstrukturierten Oberfläche erzeugt wird.
8. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Formkörpers durch die Einwirkung von
Laserstrahlung aufgeraut wird.
9. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der selektive Abtrag der Deckschicht und das Aufrauen der
Oberfläche des Formkörpers in einem Schritt erfolgt.
10. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Deckschicht als Beschichtung, insbesondere UV-härtbarer Lack, aufgetragen wird.
11. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Formkörper von der Deckschicht umhüllt wird.
12. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass mittels der Laserstrahlung eine oberflächennahe Ebene des
Formkörpers entfernt wird.
13. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Formkörper aus Polymer, Glas, Metall, Keramik und/oder Holz besteht.
14. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass auf den Formkörper zunächst zumindest abschnittsweise eine Zwischenschicht aufgebracht wird, die einen im Wesentlichen keramischen Materialanteil aufweist, und dass die Deckschicht auf diese Zwischenschicht aufgebracht wird.
15. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Deckschicht durch die thermische Einwirkung während des Plasmabeschichtungsprozesses abgebaut wird.
16. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Deckschicht mit einer Schichtstärke von 1 μηι bis 500 μηι auf die Oberfläche des Formkörpers aufgebracht wird.
17. Verfahren nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Deckschicht abgelöst wird.
18. Deckschicht zur Anwendung bei dem Verfahren nach zumindest einem der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckschicht durch den mit dem Plasmabeschichtungsprozess verbundenen Energieeintrag abbaubar und/oder umwandelbar ist, insbesondere gasförmige Bestandteile freisetzt.
19. Deckschicht nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Abbau der Deckschicht erforderliche Energie durch das Mischungsverhältnis der molekularen
Bestandteile einstellbar ist.
20. Deckschicht nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, dass die
Deckschicht energieabsorbierende Bestandteile, insbesondere Partikel enthält.
21. Deckschicht nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass die Deckschicht Pulverpartikel enthält, die die zum Abbau der Opferschicht notwendige thermische Energie im geschmolzenen Zustand auf die Oberfläche transferieren.
22. Deckschicht nach zumindest einem der Ansprüche 18 bis 21 , dadurch
gekennzeichnet, dass die Deckschicht als eine Beschichtung, insbesondere UV-härtbarer Lack, ausgeführt ist.
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