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Manufacturing-Execution-SystemeDie selbstregelnde Fabrik

Mobile MES-Anwendungen mit Hydra von MPDV

Begriffe wie Selbstregelung, Selbstoptimierung oder selbstlernende Maschinen tauchten bereits in den Anfängen der Industrie 4.0 auf. Sie halten sich hartnäckig, werden in jüngster Zeit sogar häufiger genannt.

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Beschichtungstechnologie PICVDBeschichtung

Es ist nicht alles Gold, was glänzt, weiß eine alte Volksweisheit. Aber etwas, das nicht glänzt, kann durchaus Gold wert sein. Zumindest gilt das für viele industrielle Oberflächen von Displays, Instrumentenabdeckungen und optischen Geräten. Denn Glanz, genauer gesagt Reflexionen, vermindern die Abbildungsgenauigkeit und stören beim Lesen. Wie undeutlich sähen Charts auf der Leinwand aus, würde das Linsensystem im Beamer mehr Licht reflektieren als durchlassen. Der Weg zum nächsten Kundentermin könnte in einer Sackgasse enden, spiegelte sich Sonnenlicht auf dem Navigationssystem. Kratzer auf der weichen Oberfläche täten ihr Übriges. Tragen Sie dann noch eine Brille mit stark spiegelnden Gläsern, wird es schwierig, ein Vier-Augen-Gespräch zu führen.

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Techno-SCOPE: Beschichtung

Gegen ungewünschte Reflexe auf Glasflächen wartet die Industrie mit einer Vielzahl bewährter Antireflex-Beschichtungen auf. Die Veredelung von Kunststoffen ist hingegen ein relativ junger Markt. Kämpften Beschichter noch vor einigen Jahren mit der Dauerhaftigkeit ihrer Produkte, fordern heute komplexe Formen exakte Beschichtungen bis in die tiefsten Ecken. Außerdem steigt die Tendenz nach Leichtigkeit und Miniaturisierung in Industriezweigen wie Automobil und Telekommunikation kontinuierlich. Wo Glas aus Gewichts- und Elastizitätsgründen an seine Grenzen stößt, wartet der leichte, bruchsichere und biegsame Werkstoffkontrahent auf seinen Einsatz.

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In diesen auf Kunststoff bezogenen Spezialapplikationen steckt zukünftiges Potential für Anwendungen des Beschichtungsverfahrens PICVD (Plasma Impulsed Chemical Vapor Deposition) – so die Überzeugung der Experten von Hicotec. Die Einheit des Mainzer Glasherstellers Schott entwickelt als einziger Beschichter weltweit maßgeschneiderte Schichtpakete, die mit einer einzigen Technologie innerhalb eines Prozessschrittes entstehen. Dabei werden sowohl die spezifischen Eigenschaften der eingesetzten Kunststoffe als auch das gewünschte Erscheinungsbild berücksichtigt.

All in one

Wie funktionieren Veredelungen mit PICVD? A und O eines perfekten Ergebnisses ist absolute Staub- und Fettfreiheit. Dafür durchlaufen Linsen, Instrumentenabdeckungen und Brillengläser bei Bedarf mehrere basische und alkalische Ultraschallreinigungsbäder. Anschließend fahren die Substrate in die Beschichtungskammer, in die ein Gasgemisch aus Stickstoff und Sauerstoff sowie reaktive titan- und siliziumhaltige Trägergase eingelassen werden. Gleichzeitig zünden Mikrowellen unter hohem Energieeintrag ein Plasma. Dabei scheiden sich die Spaltprodukte Titan- und Siliziumdioxid nanometerdünn auf den Substratoberflächen ab. Die Besonderheit dieses Verfahrens ist – im Gegensatz zum konventionellen Plasma-CVD – die gepulste Taktung des Zündvorganges. Während millisekundenkurzer Intervalle kann sich der Gas-Cocktail ausbreiten und dicht gepackte, extrem homogene Lagen bilden.

Der gesamte Prozessverlauf ist exakt steuerbar. Das heißt, Plasmaleistung, Frequenz, Zusammensetzung und Schichtanzahl lassen sich zwischen Puls-Pausen variieren. Durch zyklische Wiederholungen entstehen Multilayer-Systeme mit verschiedenen Funktionalitäten – und dies innerhalb nur eines Arbeitsganges. Die Einschritt-Fertigung spart Zeit und minimiert Anlagekosten.

Schicht für Schicht

Ein typisches Multilayersystem, zum Beispiel für Displays von Navigationssystemen in Fahrzeugen, besteht aus acht Lagen: Haftvermittler, Antikratzschicht und Antireflexsystem sowie gegebenenfalls einer Easy-to-Clean Schicht. Wie bei Fußbodenanstrichen verankert sich der Haftvermittler im Untergrund (Substrat) und bildet Brücken für nachfolgende Abscheidungsprodukte. Diese Haltekräfte müssen so aufgebaut sein, dass sie ihre Funktion auf flexiblem Polypropylen (PP) genauso gut erfüllen wie auf sprödem Plexiglas (PMMA). Der Antikratz-Belag setzt der Bildung von Rillen und Riefen glasähnliche Härte entgegen. Den Schlusspunkt setzt das Antireflex-System. Es besteht aus alternierenden Silizium- und Titandioxid-Kombinationen. Ein solcher Sandwichaufbau zwingt auftreffendes Licht viele Schichtgrenzen zu passieren. An jedem Übergang werden Teile der Strahlung reflektiert, die sich beim Austritt überlagern. Trifft dabei Wellenberg auf Wellental, löscht sich die Strahlung aus. Dadurch reduzieren sich Restreflexionen bis auf 0,5 Prozent pro Fläche – und geben ungeblendet und ungetrübt den Blick auf den Straßenverlauf frei. Optional kann das Substrat mit der Easy-to-Clean Schicht versehen werden. Dank dieser Neuentwicklung lassen sich vergütete Flächen einfach und schlierenfrei reinigen. Verlangt das Einsatzgebiet des Substrates eine extrem hohe optische Performance, kann der Schichtaufbau problemlos auf zwanzig und mehr Lagen erhöht werden.

Entscheidend für den endgültigen Schichtaufbau sind die jeweiligen Kundenbedürfnisse. So legen beispielsweise Hersteller von Hochleistungsoptiken mehr Wert auf exzellente Entspiegelung als auf Kratzschutz. Dagegen ist es bei Mobiltelefonen wichtig, die weiche Schale gegen Angriffe scharfkantiger Taschenaccessoires zu schützen.

Die Mischung macht´s

Wie erwähnt, eröffnet besonders die Automobilbranche mehr und mehr Anwendungsfelder für hoch vergütete Linsen und Spiegel. Ein Beispiel ist das neuartige Head-up-Display. Das Projektionssystem beamt ein Bild der Instrumente auf die Windschutzscheibe. Der Fahrer braucht somit seinen Blick nicht mehr von der Straße wenden, etwa um die Tankanzeige oder aktuelle Fahrwerte zu kontrollieren. Die nötige Optik muss dafür präzise, leicht und kompakt sein, um schnell und einfach im begrenzten Raum des Armaturenbretts integriert zu werden.

Gegenteilige Effekte nutzt die Verpackungsindustrie. Dieser Zweig nutzt mehr und mehr die ansprechende Optik spiegelnder oder changierender Oberflächen. Attraktive Dekore sollen den Blick auf das Produkt lenken und zum Kauf anregen. So schmücken irisierende Verspiegelungen Parfümflakons oder farbige Restreflexe grüner oder blauer Wellenlängen Abdeckungen von Mobiltelefonen. Farbvariationen von Perlmutt bis Metallic und Grad der Verspiegelung sind dabei kaum Grenzen gesetzt.

Ausschlaggebend für Funktionalität und Optik der Bedampfungsergebnisse sind Anzahl und Dicke der Schichten. Den perfekten Mix zu finden, der einerseits das Anforderungsprofil des Kunden erfüllt und andererseits spezifische Materialeigenschaften berücksichtigt, ist eine der Leistungen von Hicotec. Daneben entwickeln sie im Kundenauftrag komplette Anlagen von der Idee über den Bau bis zur Serienreife. Lohnbeschichtungen im Stückzahlbereich von über einer Million runden das Portfolio ab.

Zum Thema:

Wo Glas aus Gewichts- und Elastizitätsgründen an seine Grenzen stößt, haben transparente Kunststoffe die Nase vorn. Voraussetzung für die erfolgreiche Werkstoff-Substitution ist allerdings die Veredelung der Kunststoff-Oberflächen mit Antikratz- und Antireflex-Schichten. Experten sehen hier großes Potential für das Beschichtungsverfahren PICVD (Plasma Impulsed Chemical Vapor Deposition). Mit diesem relativ neuen Plasma-Prozess lassen sich dicht gepackte, extrem homogene Lagen aufbringen, sogenannte Multilayer-Systeme. Dabei werden sowohl die spezifischen Eigenschaften der eingesetzten Kunststoffe als auch das gewünschte Erscheinungsbild berücksichtigt. ms

Autor

Dr. Andreas Baldus

Schott Hicotec

55122 Mainz

Tel. 06131/6646456

Fax 6646491

www.schott.com/hicotec

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