Laserstrukturieren

Innovative Oberflächen schaffen Wohlfühlatmosphäre in künftigen Autos

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Moderne Lasertechnik schafft fast grenzenlose Freiheiten beim Gestalten von Bauteiloberflächen. Innovative Strukturen verbessern Qualität und Anmutung von Produkten. ❧

Mona Willrett

„Eine tolle Oberflächenstruktur beeinflusst nicht nur die optische Wirkung eines harten Kunststoffteils, sondern ganz maßgeblich auch dessen Haptik“, sagt Marco Reichle. So bestimme die Struktur beispielsweise auch darüber, ob der Griffbereich eines Produkts gut in der Hand liegt, ob sich eine Kante angenehm abgerundet oder scharf anfühlt. Auch wie gut sich eine Oberfläche reinigen lässt und wie kratz- oder schreibresistent sie ist, hängt – neben dem Material – wesentlich von der Struktur ab. „Damit hat unsere Arbeit einen entscheidenden Einfluss auf die Langlebigkeit eines Produkts“, sagt der Juniorchef des gleichnamigen Gravier- und Laser-Dienstleisters nicht ohne Stolz. „Erst durch eine perfekte Oberflächenstruktur erhält ein spannend gestaltetes Produkt seine hochwertige Anmutung.“

Auf 14 Laseranlagen entstehen innovative Oberflächenstrukturen

Das Familienunternehmen in Bissingen/Teck hat das Strukturieren von Oberflächen mittels Ätzen 2013 aufgegeben und sich fortan konsequent auf die Laserbearbeitung fokussiert. Heute betreiben die Schwaben am Stammsitz 14 Laseranlagen des Maschinenbauers GF Machining Solutions und – zusammen mit einem Kooperationspartner – zwölf in China. Eine wichtige Kundenbranchen ist die Automobilindustrie.

Nachdem jahrzehntelang Ledernarbungen und Feinstrukturen die Innenräume von Fahrzeugen dominierten, suchen die Designer im Zuge des Wandels zur Elektromobilität und zum autonomen Fahren neue Möglichkeiten, sich vom Wettbewerb abzuheben. „Die neuen Fahrzeuggenerationen, so ist die Branchenauffassung, müssen durch ihr Design auffallen und polarisieren“, sagt Marco Reichle, der als Betriebsleiter den Bereich „New Technologies“ verantwortet.

Fließend vom Hochglanz zur 3D-Struktur

Deshalb würden klassische Strukturen zunehmend durch geometrische Designs ersetzt, erzählt Reichle. Dabei seien die Texturen nicht mehr flächig-homogen gestaltet. Narb- und Strukturverläufe mit nahtlosen Übergängen seien mittels Laser problemlos herstellbar. So könne etwa eine Dekorleiste links hochglänzend schwarz gestaltet sein, dann über eine zweidimensionale Grafik nahtlos in eine dreidimensionale, skulpturale Designstruktur übergehen. „Und diese 3D-Textur kann dann vollflächig auch das angrenzende Bauteil zieren, sodass ein rundum homogenes, aber sich veränderndes Strukturbild ergibt.“ Dadurch rücke das eigentliche Produktdesign etwas in den Hintergrund und werde durch die Struktur dominiert. „Das ist eine Entwicklung, die es so noch nie gab, die jedoch ganz neue, polarisierende Trends und Akzente setzen wird“, blickt Reichle in die nahe Zukunft.

Kombination aus Licht und Oberfläche wird wichtig

Geometrische Elemente – Dreiecke etwa, Pyramiden, Hexagone oder Kreise in den unterschiedlichsten Ausprägungen und Verläufen – sollen Kunden begeistern und Herstellern als neues Alleinstellungsmerkmal dienen. „Das gewinnt an Bedeutung, weil sich die Käufer im Zeitalter der E-Mobilität oder des autonomen Fahrens immer weniger über klassische Kriterien wie den Verbrennungsmotor oder das sportliche Fahrverhalten mit ihrer Marke identifizieren können“, unterstreicht Reichle. „Deshalb versuchen Autohersteller, eine Wohlfühlatmosphäre zu erzeugen.“ Dazu nutzen sie unter anderem Strukturen und Materialien, die aus anderen Bereichen bekannt, im Auto aber neu sind. Jute etwa, oder Kork. Und vor allem Lichteffekte. „Die Beleuchtung des Innenraums gewinnt immer mehr an Bedeutung. Der Fantasie sind hier keine Grenzen gesetzt. Das beginnt bei der so genannten Ambiente-Beleuchtung in unterschiedlichen Farben und reicht über hinterleuchtete Flächen bis hin zu Tag-Nacht-Designs, bei denen auf homogenen Flächen nachts definierte Lichtstrukturen entstehen.

Manches dieser Elemente gibt es zwar bereits in Highend-Fahrzeugen, die Aufgabe besteht laut Reichle jetzt allerdings darin, solche Designs auch in Großserienmodellen wirtschaftlich umzusetzen. „Dazu müssen wir es schaffen, Bauteile formfallend zu produzieren, die heute noch in Kleinserien in mehrstufigen Prozessen entstehen, beispielsweise als transparentes Kunststoffteil, das anschließend lackiert oder beschichtet wird.

Viele Designer wissen noch nicht, was geht

Das Werkzeug, das all das ermöglicht, ist der Laser. „Ebene Strukturen mit begrenzter Tiefe lassen sich zum Teil auch mit den klassischen Verfahren herstellen“, sagt Strukturierexperte Reichle. „Sobald aber die dritte Dimension ins Spiel kommt, gibt´s nur noch den Laser.“ Die heutigen Anlagen könnten bereits viel mehr, als der Markt derzeit fordert. Selbst vielen Design-Agenturen sei noch nicht bewusst, was technisch bereits umsetzbar wäre. Deshalb leisten sich die Bissinger seit einiger Zeit ein eigenes Designcenter mit fünf Designern, die im Auftrag von Kunden innovative Strukturen entwickeln, die zum Alleinstellungsmerkmal fürs jeweilige Produkt werden sollen. Diese Spezialisten beraten internationale Kunden von deren künftiger Designausrichtung bis hin zur technischen Realisierung.

Auch der Glanzgrad lässt sich gezielt einstellen

„Es gibt nur zwei Aspekte, die die Kreativität begrenzen“, sagt Reichle. „Die Bauteile müssen entformbar sein und der Winkel, in dem der Laserstrahl auf die zu bearbeitende Fläche trifft, darf nicht zu spitz sein.“ Hinsichtlich Präzision und Geometrie sei so gut wie alles möglich. Bis hin zu 1 µm feinen 3D-Strukturen auf Freiformflächen. Volldigitale Grafik- und Visualisierungsmöglichkeiten in Verbindung mit der passenden Software und hochpräzisen Laseranlagen sorgen für volle Gestaltungsfreiheit.

„Neben der Struktur selbst können wir auch den Glanzgrad gezielt variieren, selbst innerhalb einer Struktur“, erzählt Reichle. Überhaupt sei der Glanzgrad derzeit ein wichtiges Thema, das die Wertigkeit eines Bauteils bestimmt. Insbesondere in amorphen Kunststoffen wie ABS, PC-ABS oder PC sei es nur mit dem Laser möglich, jeden gewünschten matten Glanzgrad homogen und reproduzierbar herzustellen – bei nahezu identischer Kratz- und Schreibresistenz wie bei herkömmlichen, eutlich glänzenderen Ätzstrukturen.

Strukturen mit funktionalen Aufgaben

Die Möglichkeit, den Glanzgrad gezielt einzustellen, eröffnet auch in anderen Fahrzeugbereichen ganz neue Potenziale. Etwa in Form von Antireflexstrukturen bei Scheinwerfern, um Streulicht zu vermeiden, oder bei Streulichtblenden für die Kameras von Spurhalteassistenten. „Wir haben hier eine Struktur entwickelt, durch die wir solche Blenden werkzeugfallend herstellen können, in einer besseren Qualität als bislang üblich. Zudem können unsere Kunden dadurch auf kostenintensive Mattlackierungen verzichten“, berichtet Reichle.

Strukturieranlagen müssen sich weiterentwickeln

Doch unterhalb der Teck wird bereits weitergedacht. „Wir sind einer der wenigen Anwender, die heutige Anlagen in Versuchen bereits an ihre Grenzen bringen“, lässt der Junior-Chef wissen. Er rechnet damit, dass spätestens 2022 eine Präzision von 1 µm nicht mehr ausreichen wird. Und auch die Bearbeitungsgeschwindigkeit müsse steigen. „Heute arbeiten wir mit einer 100-Watt-Laserquelle. Nun könnte man meinen, wenn wir die Leistung auf 200 Watt erhöhen, sei es möglich, doppelt so schnell zu arbeiten. Das ist aber nur theoretisch so. In der Praxis reicht dann die Strukturqualität nicht mehr aus.“ Stattdessen gehe es darum, mehr Fläche in der gleichen Zeit zu bearbeiten. Da die Anlagen während der Achsbewegung nicht lasern könnten, müssten dazu die Achsbewegungen reduziert werden.



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