[Wie funktioniert FIM Film-Insert-Molding?]

Beim Folienhinterspritzen werden durch Einlegen von dekorierten, umgeformten und beschnittenen Folienhalbzeugen in das Werkzeug während des Spritzgießprozesses fertig dekorierte Bauteile hergestellt. So können auch komplex gekrümmte Bauteile mit Symbolen, Durchlichttechnik und mehrfarbigen flächigen Dekoren (z.B. Carbon-, Wurzelholzdesign) bei gleichzeitig einfachem Dekorwechsel von Schuss zu Schuss gefertigt werden. Der folgende Bericht gibt einen Überblick über das Folienhinterspritzen und die Möglichkeiten dieser Technologie.

Abbildung 1: Folienhinterspritzen: Ford Focus Heizungs-/Lüftungsblende

Stärken des Verfahrens

Einleitung

Anforderungen an Bauteile aus Kunststoff sind mannigfaltig. So werden heute neben gewünschten Eigenschaften und Design weitergehende Forderungen an die Oberflächengestaltung (z.B. Dekore, Softtouch) gestellt. Die Bauteile werden daher für den späteren Einsatz vielfach mit einer Oberflächen­beschichtung versehen, die abrieb- und kratzfest ist, eine hohe Farbvielfalt und Farbdichte gestattet und flächige Dekore (z.B. Carbondesign) oder auch Symbole ermöglicht. Aufgrund seiner Flexibilität (Kombination von Kunststoffspritzgießteil und funktionaler Folie) bietet das Folienhinterspritzen interessante Lösungsmöglichkeiten, da die Oberfläche des Kunststoffbauteils hierbei durch die Folie gebildet wird. Durch den Einsatz abgestimmter Foliensysteme können somit Abriebfestigkeit, hohe Farbtiefe, Farbvielfalt, Symbole und Durchlichttechnik gleichzeitig realisiert werden.

Prinzip

Beim Folienhinterspritzen wird eine dekorierte Folie umgeformt und beschnitten. Der Folienvorformling wird anschließend in das Spritzgießwerkzeug gelegt und hinterspritzt. Das Bild zeigt das Prinzip des Folienhinterspritzens am Beispiel einer Heizungs-/Lüftungsblende.

Abblidung 2: Prinzip des Folienhinterspritzens (Folie Makrofol®, Hinterspritzmaterial Makrolon®)

Folienaufbau

Die dekorierte Folie bildet am fertigen Bauteil die optische Oberfläche. Diese kann einfarbig, mit Sonderfarben (Metallic-Effekte) bis hin zu mehrfarbigen Dekoren und zusätzlicher Integration von Symbolen ausgeführt werden. Für einfache, einfarbige Anwendungen können dabei eingefärbte Folien verwendet werden. Die bedruckten Folien bieten die Möglichkeit, auch Sonderfarben, mehrfarbige Dekore oder Symbole einsetzen zu können. Bei vorderseitig bedruckten Folien liegt die Dekorschicht auf der Außenseite des Bauteils und muss bei hoher mechanischer Beanspruchung durch eine Schutzbeschichtung zusätzlich gegen Abrieb geschützt werden. Bei rückseitig bedruckten Folien ist das Dekor durch die außenliegende transparente Folie geschützt und ermöglicht zusätzlich einen sehr hohen Tiefenglanz. Bei zusätzlichen Anforderungen an z.B. UV-Beständigkeit oder Medienbeständigkeit können Mehrschichtfolien eingesetzt werden, die das erforderliche Eigenschaftsprofil aufweisen.

Druck

Aufgrund der erforderlichen Umformung der bedruckten Folien müssen hochflexible Druckfarben für die Folienhinterspritztechnik eingesetzt werden, die eine gute Haftung zur Folie aufweisen. Des weiteren muss insbesondere bei rückseitiger Bedruckung die Farbe die thermische Belastung und Scherung beim Hinterspritzen ertragen. Bei der Herstellung von Bauteilen mit rückseitig bedruckten Folien ist es durch die Entwicklung der Siebdruckfarbe Noriphan® HTR nunmehr möglich, diese Folien direkt zu hinterspritzen. Diese Farbe wurde speziell für die verwendeten Folien aus PC- und PC/PBT-Blend (Makrofol®, Bayfol®) entwickelt. Möglich wurde dies durch die Verwendung eines speziellen hochtemperaturbeständigen Thermoplasten als Basis zur Herstellung der Siebdruckfarbe.

Umformen

Die Folie muss nach dem Umformen möglichst spielfrei in das Spritzgießwerkzeug passen, da ansonsten mit Folgeproblemen beim Hinterspritzen (z.B. Faltenbildung, Oberflächendefekte, Überspritzung) zu rechnen ist. Daher ist für die Folienumformlinge die Folienschwindung nach der Umformung durch die Thermoformwerkzeuggestaltung zu berücksichtigen, die neben der Art und Dicke der Folie auch von der Umformtemperatur und dem Reckverhältnis, d.h. der Geometrie des Werkzeuges abhängt. Zum Umformen der Folien können Kalt- und Warmformverfahren eingesetzt werden, wie das folgende Bild zeigt.

Abbildung 3: Übersicht der Umformverfahren

Ein wichtiger Baustein für das Verformen von Folien war die Entwicklung eines Verfahrens zur Verformung einer Folie unterhalb der Erweichungstemperatur (TG). Dadurch bleiben die gedruckten Informationssymbole positionsgenau erhalten, bzw. die Verzerrung ist konstant, so dass sie durch Zerrdruck ausgeglichen werden kann. Bei dem High Pressure Forming Verfahren wird die bedruckte Folie unterhalb ihrer TG schlagartig durch Beaufschlagung mit Druckluft von 50 bis 300 bar verformt. Im Vergleich zur Warmumformung ist der erzielbare Umformgrad bei der Kaltumformung geringer. Bei Dekor-Formteilen, bei denen es nicht auf die positionsgenaue Verformung des Dekores (z.B. Holzdekore) ankommt, wird die Thermoformung angewendet. Beim Thermoformen wird die Folie über Strahler aufgeheizt und durch Anlegen von Vakuum über die Form gezogen. Im anschließenden Kühlvorgang wird die Folie wieder auf Raumtemperatur gekühlt. Die verwendete Form muss dabei temperiert sein, um im Prozess ein reproduzierbares Schrumpfmaß zu gewährleisten und außerdem Abschreckspuren, die aus zu kalten Formen resultieren können, zu vermeiden.

Beschneiden

Das Beschneiden der tiefgezogenen Folie am Rand und an Aussparungen ist für die Herstellung einwandfreier Teile genauso wichtig wie das Umformen. Zwangsläufig wird jeder Überstand der Folie am Rand der Kavität, in die sie eingelegt wird, später zu unsauberen Kanten des Spritzlings und ggf. zu Beschädigungen der Dichtkanten in der Trennebene führen. Ein zu starkes Kürzen der Folie führt dazu, dass am Bauteilrand das hinterspritzte Basismaterial sichtbar wird. Als Verfahren bietet sich für die Serie neben dem Stanzen ein Bandschnitt an. Für Kleinserien oder in der Optimierungsphase ist auch ein Beschnitt mittels Fräser oder Strahlverfahren (Laser, Wasser) möglich.

Verarbeitung

Vor dem Einlegen der Folie in das Spritzgießwerkzeug werden Staub und Verunreinigungen von der Folienoberfläche durch Abblasen mit ionisierter Luft entfernt. Das Einlegen der Folie geschieht mit einem Handlinggerät um eine reproduktionsgenaue und rationelle Fertigung erzielen zu können. Der Halt der Folie im Spritzgießwerkzeug kann durch die Geometrie der Folie gegeben sein. Vielfach ist es jedoch erforderlich, durch weitere Maßnahmen (z.B. elektrostatische Aufladung, mechanisches Halten) den Halt der Folie im Werkzeug zu verbessern. Bei langen Fließwegen hat sich zur Ver­mei­dung von Faltenbildung der Einsatz von Nadelverschlussdüsen bewährt, die in Kaskaden­schaltung dem Füllverlauf entsprechend geöffnet werden. Bei größeren Teiledimensionen muss besonders auf Faltenbildung, Auswaschung, Verzug, Delamination und Überlaufen der Schmelze in den Sichtbereich Rücksicht genommen werden. Bei der Faltenbildung im Bereich der Bindenaht sind Art des Folien­materials, Foliendicke und der Abstand der Anschnitte von großem Einfluss. Die Faltenbildung kann durch geeignetes Folienmaterial mit höherer Erweichungstemperatur, angehobener Foliendicke und optimierte Fließwege vermieden werden. Grundsätzlich gilt, dass mit vorhandenen Spritzgießwerkzeugen, die nachträglich für das Folienhinterspritzen genutzt werden sollen, ohne Änderung am Werkzeug keine optimalen Teile hergestellt werden können. Wegen der um die Foliendicke reduzierten Wanddicke und der für das Hinterspritzen notwendigen rheologischen Erfordernisse müssen mindestens Anschnitt und Angusssystem neu ausgelegt werden. Es empfiehlt sich also, bei der Werkzeugkonzeption gleich entsprechende Vorkehrungen für eine Folienhinterspritzung zu treffen.

> ATI 7007

Beispiel

Fazit

Das Folienhinterspritzen bietet die Möglichkeit, das Aussehen von Kunststoffbauteilen gezielt zu gestalten. Dabei kann neben dem Dekor (einfarbig, mehrfarbig, integrierte Symbole, Durchlichttechnik) auch der Oberflächeneindruck (glänzend, strukturiert, matt) und der Tiefenglanz gezielt eingestellt werden. Wie bei kaum einem anderen Verfahren kann die Dekoration der Teile ohne Unterbrechung der Produktion gewechselt werden, indem von Schuss zu Schuss Folien mit unterschiedlichen Dekoren eingesetzt werden. Weitere Eigenschaften wie Medienbeständigkeit oder Softtouch können durch die Verwendung von Verbundfolien erzielt werden. Das Folienhinterspritzen ist nicht auf einfache Geometrien beschränkt sondern bietet sich auch bei komplex geformten Bauteilen an. Durch die Abdeckung der Oberfläche mit einer dekorierten Folie kann bei diesem Verfahren Recyclat als Hinterspritzmaterial eingesetzt werden. Es gibt vielfältige Möglichkeiten, durch das Hinterspritzen von Folien technisch anspruchsvolle, wirtschaftlich interessante und sinnvolle Anwendungen zu realisieren. Das Verfahren ist sehr flexibel in der Anwendung und es erlaubt, Teile mit spezifischen Eigenschaften der Oberfläche wie Dekoration oder Beschriftung, Haptik oder Kratzfestigkeit in einem Arbeitsgang zu erzeugen. Voraussetzungen sind geeignete, vorgeformte und beschnittene Folien die den geforderten Eigenschaften genügen. Die Weiterentwicklung der FIM Technologie auf neue Anwendungsfelder wie z.B. 3D-Großteile ist ein Entwicklungsschwerpunkt im Bereich der Verfahrens-/Anwendungsentwicklung der Bayer AG.