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Neuheit:

Der IMD Prozess mit UV-härtenden Siebdruckfarben

Eine Kooperation zwischen Niebling, Bayer Material Science und Marabu

1. Zusammenfassung 2. Die Kooperationspartner 3. Der IMD-Prozess mit UV-härtenden Siebdruckfarben am Beispiel einer Visitenkartenbox 4. Ansprechpartner

1. Zusammenfassung

Mit der Siebdruckfarbe Ultramold UVPC von Marabu steht zum ersten Mal ein UV-härtendes Farb-

system für den IMD Prozess zur Verfügung, das eine echte Alternative zu den heute eingesetzten

lösemittelbasierten Farbsystemen darstellt. Aufgrund der direkten Weiterverarbeitung nach dem

Druck lassen sich große Produktivitätsvorteile erzielen.

Die Verbundkraft des komplexen Aufbaus aus Folie/Druckfarbe/Kunststoff ist von vielen Prozesspara-

metern abhängig. Daher sind geeignete Tests für den jeweiligen Einsatzzweck unerlässlich. Der vor-

liegende Fachartikel „Der IMD Prozess mit UV-härtenden Siebdruckfarben“ beinhaltet alle notwen-

digen Informationen am Beispiel einer produzierten IMD Visitenkartenbox, die für den erfolgreichen

Einsatz von Ultramold UVPC notwendig sind. Er ist in enger Zusammenarbeit mit den Kooperations-

partnern Niebling Formtechnologie und Bayer MaterialScience enstanden.

2. Die Kooperationspartner 2.1 Niebling Formtechnologie

Kunststoffverarbeitung – Werkzeugbau e.K. & HDVF Kunststoffmaschinen GmbH

Durch die Erfindung des Hochdruckverformens durch Curt Niebling im Jahr 1989 sind die Weichen

in einen neuen, weitreichenden Bereich der Dekoration von Kunststoffteilen gestellt worden. In enger

Zusammenarbeit mit der Firma Bayer wurden zunächst grundsätzliche Eigenschaften der Anlagen-

und vor allem der Materialtechnik generiert und weiterentwickelt. Nach und nach konnten diese

Grundlagen durch eine ausgeklügelte Prozesstechnik und Varianten in der Materialvielfalt ergänzt

und erweitert werden.

Die Lösung kritischer Problemstellen aus dem Bereich der Drucktechnik und Farbsystementwicklung,

sowie der Beschichtungstechnik schaffte zusätzliche Gestaltungsmöglichkeiten, so dass heute das

Hochdruckverformen eine Vielfalt von Optionen zur Dekoration und Funktionsintegration von Kunst-

stoffbauteilen bereitstellt.

Die Niebling GmbH bietet dazu Maschinen und Anlagenkonzepte zur halb- bzw vollautomatischen

Fertigung von Folienformteilen an. Im hauseigenen Werkzeugbau werden dazu die notwendigen

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Form- und Schnittwerkzeuge nach Kundenwunsch und Technologieanforderungen gefertigt und können

mit den Anlagen im eigenen Technikum getestet und abgestimmt werden.

Die Anlagen arbeiten zur Verformung mit Drücken von bis zu 300bar und können dabei annähernd

jedes Substratmaterial in Dicken bis zu 12mm verarbeiten. Wesentliche Besonderheit der Maschinen

ist ein berührungsloses Heizsystem, welches die Generierung eines bauteilspezifischen Temperatur-

profils für den Verformungsprozess erlaubt. Das Zusammenspiel eines solchen Temperaturprofils mit

der stufenlos regelbaren Druckprofilsteuerung und der präzisen Werkzeugtechnik ermöglichen sehr

geringe Toleranzen (<0,3mm) bei der Herstellung von graphisch bedruckten Folienformteilen bei

gleichzeitig kurzen Zykluszeiten (15 sec).

Nach der Verformung der Folien erfolgt der Beschnitt meist durch Stanzung. Die dann erhaltenen

Inserts werden im Spritzgießwerkzeug positioniert und mit einem Thermoplasten hinterspritzt. Hier bietet

Bayer MaterialScience mit seinen Polycartbonatspritzgießtypen Makrolon® und Bayblend® zwei

hervorragend geeignete Produkte an. 1

2.2 Bayer MaterialScience

Voraussetzung zur Erstellung eines Formteiles in der Folienhinterspritztechnik ist natürlich zuerst das

Folienmaterial selbst, hier bietet Bayer MaterialScience ein umfangreiches Portfolio von Polycarbonat-

Folien unter den Markennamen Makrofol® und Bayfol® mit einem breiten Eigenschaftsspektrum an.

Diese Folien können weit mehr, als es die Eigenschaften des zugrunde liegenden Kunststoffes vermuten

lassen. Denn durch Strukturieren der Oberflächen, Additivieren oder Beschichten erhalten die Folien

weitere nützliche Fähigkeiten und Funktionen wie z.B. eine hohe Kratzfestigkeit, exzellente UV- und

Chemikalienbeständigkeit oder spezielle Lichtdiffusionseigenschaften. Die Folie dient darüberhinaus

als Träger für die Druckfarbe bei der Bedruckung, dem ersten Prozessschritt im IMD Prozess.

2.3 Marabu GmbH & Co. KG Druckfarben

Die Attraktivität eines Folienformteils wird neben den Materialeigenschaften des Trägermaterials im

Wesentlichen von seiner Farbgebung gesteuert. Heute werden ausschließlich physikalisch trocknende

Lösemittelsiebdruckfarben zur Bedruckung der Folien eingesetzt, teilweise auch in Kombination mit

wasserbasierten Abschlußlacken, um die Haftung zum Spritzgussmaterial zu verbessern.

Nach umfangreichen Entwicklungsarbeiten stellt Marabu nun ein erstes UV-härtendes Farbsystem vor –

Ultramold UVPC, das eine echte Alternative zu den heute eingesetzten Lösemittelfarben bietet. Mit

Ultramold UVPC ist es zum ersten Mal gelungen, die notwendigen Eigenschaften an die Druckfarbe

für den IMD Prozess in einem UV-härtenden Farbsystem zu kombinieren.

Es handelt sich um ein vollkommen lösemittelfreies 100% UV-Farbsystem, das direkt nach entsprechender

UV-Härtung die nachfolgenden Prozessschritte wie verformen, stanzen und hinterspritzen erlaubt.

Das Nachtempern der bedruckten Folien nach dem Druck in Trockenöfen bei 80°C bis zu 5h entfällt.

Auch während des Druckvorgangs erlauben UV-härtende Siebdruckfarben eine deutlich gesteigerte

Produktivität: sie trocknen nicht im Gewebe ein, was zeitaufwändige, manuelle Reinigungsarbeiten

eliminert und die Anzahl der Maschinenstops deutlich reduziert. Hierzu empfehlen wir insbesondere

die Verwendung von ScreenX! Hybridrastertechnolgie, die Maßstäbe hinsichtlich Feinheit, Detail-

1 Weiterführende Literatur: Oberflächentechnik in der Kunststoffverarbeitung, Markus Lake, Hanser Verlag, Kapitel 9.3 Klassisches Folienhinterspritzen

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zeichnung und hohem Tonwertumfang setzt. Feinstrich- und Rastermotive lassen sich so in höherer

Auflösung und Qualität produzieren. Weitere Informationen zu ScreenX! erhalten sie unter

www.rastersiebdruck.de.

Voraussetzungen für den erfolgreichen Einsatz von Ultramold UVPC

Eine komplette Durchhärtung des gedruckten Farbfilms ist notwendig, um alle Eigenschaften der

Farbe, wie Flexibilität für die Verformung und Stabilität gegen Wash-Out Effekte, zu gewährleisten.

Notwendig ist ein UV Trockner mit mindestens 2x120 Watt/cm. Auch die Gewebewahl ist ausschlag-

gebend für einen erfolgreichen Prozess. Da Ultramold UVPC keine flüchtigen Stoffe enthält, ist der

gedruckte Farbaufbau im Vergleich zu Lösemittelfarben bezüglich Schichtstärke höher. Aus diesem

Grund werden feinere Gewebe wie z.B. 150-31 oder auch für sehr feine Details, wie feine Rasterauf-

lösungen, 180-27 eingesetzt.

Alle Vorteile mit Ultramold UVPC auf einen Blick gute Haftung auf Polycarbonat Folien

sehr gute Verdruckbarkeit mit allen UV-typischen Vorteilen

kein zeitaufwändiges Nachtempern der bedruckten Folien notwendig

hochflexibler Farbfilm für exzellente Verformeigenschaften

kein Wash-Our Effekt nach dem Anspritzen (Verdrängung des Farbfilms während

des Hinterspitzens)

gute Haftung zum Spritzmaterial ohne zusätzlichen Abschlusslack

marktgängige Klimawechseltests wurden erfolgreich bestanden

im Mehrschichtaufbau mit bis zu 9 Farbschichten erprobt

Unterschiede zu IMD Lösemittelfarben

Aufgrund chemischer und physikalischer Eigenschaften können UV Farben ein unterschiedliches Bild

bei Haftungstests von Folien und Druckfarbe sowie von Druckfarbe und Spritzmaterial aufweisen.

Anstelle des üblichen Splits in der Druckfarbschicht bei Lösemittelfarben ergibt sich teilweise ein Bild,

dass aufgrund der besseren inneren Kohäsion im UV Farbfilm, Teile der Farbe an Folie und Teile am

Spritzmaterial anhaften, es zeigt sich ein sogenanntes „Tigerfellmuster“.

Mit dem IMD Prozess lassen sie extrem vielfältige Teilegeometrien für die unterschiedlichsten Einsatz-

gebiete mit entsprechenden Eigenschaften herstellen. Genau wie Lösemittelfarben an jeweilige

Projekte angepasst werden können, hat auch Marabu aufgrund der umfangreichen Erfahrung mit

Ultramold UVPC nun eine Plattform erarbeitet, die an die jeweiligen Kundenprojekte optimiert

werden kann.

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3. Der IMD Prozess mit UV-härtenden Siebdruckfarben am Beispiel einer Visitenkartenbox

3.1 Folie

Bayer Makrofol DE-1-4; 250μm

3.2 Druckparameter

Gewebe Siehe Farbaufbau

Gewebespannung 18 N

Rakelwinkel 75°

Druckmaschine ¾-Automat Thieme 3010

UV-Trockner 2x 120 W/cm; 15 m/Min.

Farbaufbau Second Surface:

1. „Tonerdruck“ Screenex-Raster Lack + Silber Gewebe: 180-27/12°

2. „Tonerdruck“ Screenex-Raster Lasurton; grau Gewebe: 180-27/12°

3. „Tonerdruck“ Screenex-Raster Grau; deckend Gewebe: 150-27/22°

4. UVPC 170 Flächendruck Deckweiß Gewebe: 150-31/0°

5. UVPC 170 Flächendruck Deckweiß Gewebe: 150-31/0°

6. UVPC 182 Flächendruck/Sperrs. Silberzwischenfarbe Gewebe: 150-31/0°

7. UVPC 181 Text Positiv Deckschwarz Gewebe: 180-27/12°

Farbaufbau First Surface – „Effektdruck auf Carbon“

8. UVIMD-Lack (mattiert) Gewebe: 180-27/12°

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3.3 Verformen

Anlage: SAMK 400-42, max. Verformfläche 400-245mm, max. Verformhöhe 58mm

Temperatur Heizung: oben 300°C, unten 300°C

Heizzeit: 10s

Werkzeugtemperatur: 90°C

Verformdruck: 100 bar

Zykluszeit: 24s

Die Verformung der bedruckten Folien wird auf einer Anlage von Typ SAMK 400-42 der Firma Nieb-

ling durchgeführt.

Dazu werden die Folien auf eine Transportpalette im 2er Nutzer aufgelegt (Bild 1) und der Prozess

gestartet. In der Heizstation (Bild 2) erhalten die Foliensubstrate über 2 Infrarotheizfelder mit je 42

Einzelheizelementen die notwendige Temperierung zur Verformung von 145°C (Bild 3). Diese Tem-

peratur liegt im Bereich der Glasübergangstemperatur von Polycarbonat, bei der das Material sehr

gut verformbar jedoch noch nicht verflüssig ist. Der Temperaturbereich der Glasübergangstemperatur

beim Hochdruckverformen ist ein wesentliches Kriterium für die Verzugsfreiheit im Gegensatz zur

Schmelztemperatur beim klassischen Thermo- oder Vakuumformen.

Nach der Erwärmung erfolgt die Verformung in der Verformstation bei einem Druck von 100 bar. Zum

Ende des Prozesses gelangen die fertigen Folienformlinge wieder an die Einlege-/Entnahmestation (Bild 4).

Bild 1

Bild 3

Temperaturscan des erwärmten Substrats über eine

integrierte Infrarotkamera. Die dargestellten Raster-

quadrate symbolisieren die 42 Heizelemente

Bild 2

Bild 4

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3.4 Stanzen

Vor dem Hinterspritzen müssen die Folien noch in ihre endgültige Form passend zur Bauteilgeometrie

gebracht werden. Zunächst wird der Folienrand vertikal beschnitten, danach folgen über einen 2-stufigen

Stanzschnitt die Seitenkonturen im 3D Horizontalschnitt (Bild 7).

Bild 5 Folienformling Vorderseite

Bild 7

Bild 6 Rückseite

Bild 8 Fertiges Folienformteil Vorderseite Bild 9 Rückseite

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3.5 Hinterspritzen

Spritzdruck: 1400 bar, 80cm/s

Einspritzzeit: 1,2 s

Nachdruck: 500 bar

Massetemperatur: 270°C

Das fertige Folienformteil wird dann in die Kavität des Spritzwerkzeuges eingelegt und hinterspritzt.

Bild 10 Spritzwerkzeug Bild 11 Mit eingelegter Folie Bild 12 Fertig dekoriertes

Bauteil

4. Ansprechpartner

Niebling

Herr Harald Bader

h.bader@niebling-form.com

Tel: +49-8856-9239113

Bayer MaterialScience

makrofol@bayer.com

Tel: +49-214-30-1

Marabu

Herr Mario Mertens

mario.mertens@marabu.com

Tel: +49-7141-691234