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Für kostengünstiges Design und gegen Orangenhaut

Lackier-Forschungsprojekte des Fraunhofer IPA
Für kostengünstiges Design und gegen Orangenhaut

Um Anwenderunternehmen die Lackierprozesse zu erleichtern, hat das Fraunhofer IPA zwei neue Verfahren entwickelt: Ein Berechnungsmodell hilft bei der Simulation und Steuerung von Lackfilmstrukturen. Daneben ermöglicht ein Airbrush-System die selektive Pulverbeschichtung.

Die heute verfügbaren Pulversprühsysteme sind auf die Beschichtung der gesamten Werkstücke ausgelegt und eignen sich in der Regel nicht zum gezielten selektiven Beschichten. Werkstückbereiche, die nicht beschichtet werden dürfen, müssen entweder maskiert oder nach dem Pulverbeschichten des gesamten Werkstücks wieder abgesaugt werden. Wenn der Pulverlack nur dort appliziert wird, wo es tatsächlich erforderlich ist, eröffnen sich produktionstechnische und wirtschaftliche Vorteile. Dies zeigen die Ergebnisse eines Forschungs- und Entwicklungsvorhabens, das gemeinsam vom Fraunhofer IPA, Stuttgart, und dem Zentrum für angewandte Forschung und Technologie e.V. (ZAFT) an der Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden in Zusammenarbeit mit einem Anlagenhersteller und einem Lohnbeschichter im Rahmen des ZIM-Förderprogramms (Zentrales Innovationsprogramm Mittelstand) durchgeführt wurde.

Das Pulver-Airbrushsystem ist nach dem Baukastenprinzip aufgebaut; dabei sind Sprühorgane für den manuellen und den automatischen Betrieb realisierbar. Für sehr kleinflächige oder nur punktuell zu beschichtende Werkstückbereiche wurden Rundstrahldüsen entwickelt, mit deren Hilfe ein extrem konzentrierter Sprühstrahl und dadurch ein nahezu punktförmiges Sprühbild erzeugt werden kann. Eine Anwendung sind Blumentöpfe aus Ton, die eines der größten Pulverlack-Marktsegmente darstellen und bisher ausschließlich einfarbig beschichtet werden. Bei diesen für den Massenmarkt hergestellten Produkten ergeben sich durch die Anwendung des Pulver-Airbrushsystems kostengünstige Designmöglichkeiten, beispielsweise mehrfarbige Pulverlack-Dekorapplikationen. Ein weiteres Anwendungsbeispiel stellt die randscharfe, verschieden farbige Markierung chirurgischer Instrumente, beispielsweise von Knochenbohrern, dar.
Aufgrund des extrem konzentrierten Sprühstrahls eignet sich das Pulver-Airbrushsystem auch zur selektiven Vor- beziehungsweise Nachbeschichtung der Schnittkanten von Blechteilen. Dies verbessert den Korrosionsschutz und spart mechanische Entgratprozesse.
Das neue Pulver-Airbrushsystem erlaubt die Gestaltung extrem kompakter Sprühsysteme. Insbesondere kleine und handliche Handapplikationssysteme stellen für viele Pulverlack verarbeitende Firmen bisher nicht verfügbare Werkzeuge für Ausbesserungsarbeiten an bereits pulverlackierten Substraten und für konturgenaue Feinstbeschichtungen dar. Zur Erzeugung breiterer Lackierstreifen eignen sich Ausführungsformen des Pulver-Airbrushsystems mit speziellen Flachstrahldüsen. Damit lassen sich beispielsweise lokal begrenzte Funktionsoberflächen wie Gleitschichtbeschichtungen auf Führungsschienen konturgenau herstellen.
Eine gleichmäßige Qualität lackierter Produkte wollen die Wissenschaftler des Fraunhofer IPA mit einem neuen Berechnungsmodell für Computersimulation und -steuerung sicherstellen. Entstanden ist es gemeinsam mit der Graduate School of Excellence advanced Manufacturing Engineering (GSaME) der Universität Stuttgart.
Die Oberflächenwelligkeit einer Lackierung bestimmt entscheidend die optische Qualität des beschichteten Produkts. So ist zum Beispiel eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Orangenhautstruktur ein Faktor für das Erscheinungsbild von Automobillackierungen. Hauptursachen für die Entstehung der Lackfilmstrukturen sind die Überlagerung der Lacktröpfchen auf dem Substrat während des Spritzlackierprozesses sowie die Abbildung von Teilen der Untergrundstruktur, also beispielsweise Blechrauigkeit, auf die Oberfläche der Lackierung.
Bei Produkten, die aus mehreren Substratwerkstoffen mit unterschiedlicher Oberflächengrundstruktur bestehen, ist es eine besondere Herausforderung, ein einheitliches optisches Erscheinungsbild zu erzielen. Zu nennen sind hier beispielsweise Leichtbau- Multimaterialsysteme im Fahrzeug- und Flugzeugbau, die aufgrund ihrer Funktions- und Kostenvorteile an Bedeutung gewinnen. Allerdings zeigen gerade solche Produkte aufgrund ihres nach der Lackierung oft zu beobachtenden uneinheitlichen optischen Erscheinungsbildes einen großen Verbesserungsbedarf.
Mit dem entwickelten Berechnungsmodell kann künftig eine hochwertige und definiert gleichmäßige Qualität lackierter Produkte erzielt werden, indem die mannigfaltigen Prozesseinflüsse wie Spritzprozess, Umgebungsbedingungen, Materialeigenschaften mit Kalkül genutzt werden. sk
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