Digitales Lackieren mit Inkjet

„Automatisierungslösungen aus einer Hand“ zu liefern ist das erklärte Ziel von fpt robotics. Vor 40 Jahren begann das Unternehmen mit der Herstellung von Kunststoffwerkzeugen – heute liegt dessen Kompetenz bei kundenspezifischen Roboter- und Automatisierungskomponenten bis hin zur ganzheitlichen Fabrikplanung. „Wir sind sehr früh in das Thema Digitaldruck eingestiegen und haben dazu selbst eine Anlage entwickelt, die aus verknüpfbaren Modulen besteht und auch die Logistik des Bauteiletransports umfasst“, so Dr.-Ing. Tim Spiering von fpt robotics.

Anwendungen, z.B. im Bereich des Automobilinterieurs, weisen zunehmend 3D-Geometrien auf und müssen gleichzeitig steigende Ansprüche an das Design erfüllen. Dies bringt neue Applikationsmethoden auf den Weg. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Rippert Anlagentechnik entstand im Technikum von fpt eine flexible Labor- und Kleinserienanlage, die sich gemäß der Reinraumklassifikation 7 betreiben lässt. Weitere Komponenten sind ein 6-Arm-Roboter mit Sprühlack- bzw. Inkjet-Kopf, die Vorbehandlung, Reinigung, UV-Trocknung und ein Konvektionsofen. Dort können Bauteile mit den Abmessungen 1 m x 30 cm x 15 cm unter klimatisierten Prozessbedingungen beschichtet und bedruckt werden. Abhängig von den benötigten Bewegungen sind auch größere Dimensionen möglich.

Einzelne Lacktropfen

Eine echte Besonderheit ist das neue Applikationsverfahren per Inkjet mit Drop-on-Demand-Technik, bei der nur derjenige Lacktropfen die Düse verlässt, der tatsächlich gebraucht wird. Piezo-Elemente sorgen für feinste Tröpfchen von 10^-12 Liter, die sich nicht vermischen. Mit bis zu 45 kHz schießen die Tropfen aus dem Werkzeug; der Auftrag erfolgt mit hoher Präzision im Bereich weniger Mikrometer. Das Verfahren eignet sich für 2D und für 3D-Bauteile wie etwa Scheinwerferabdeckungen, Dachelemente, Griffarmaturen, Lenkradspangen, Abdeckungen und Armaturen. „Für uns stand die Umweltverträglichkeit des Inkjet-Verfahrens im Vordergrund, denn es läuft nahezu ohne Overspray ab“, sagt Jürgen Rissee von Rippert. „Die Anlagen erzielen mit vertretbarem wirtschaftlichem Aufwand sehr hohe Qualitäten.“

Glasartige Oberfläche

Bei der Beschichtung handelt es sich um ein UV Monocure-vernetzendes 1K-Material auf Lösemittelbasis von Momentive Performance Materials, dem dritten Wertschöpfungspartner. Da das Material ohne UV-Einwirkung dauerhaft flüssig bleibt, ist es für diese Applikation prädestiniert. Es verleiht dem Bauteil später eine glasartige Oberflächenhärte und eine lange andauernde Schutzfunktion gegenüber Sonneneinstrahlung. Aufgrund von Nanokomponenten ist eine sehr hohe Kratzfestigkeit (Stahlwolle-beständig) erreichbar. Darüber hinaus ist die Oberfläche sehr resistent gegen den Prozess des Vergilbens und gegen äußere Einflüsse durch Feuchtigkeit und Temperatur. Hierzu führt man bei Momentive entsprechende Bewitterungstests durch.

Die Lacksysteme sind bereits für die Automobilbranche freigegeben und erfüllen alle einschlägigen Qualitätsnormen. „Durch ihren langen, intensiven Praxiseinsatz ist die Performance der Lacke umfassend bekannt und stellt so die Konstante im neuen Applikationsprozess dar“, sagt Thomas Tschurl von Momentive Performance Materials. Die Verarbeitbarkeit per Inkjet-Verfahren – also das Applizieren über die feinen Düsen – ist durch die passende Einstellung der Lacke hinsichtlich Oberflächenspannung und Viskosität gegeben. Im Technikum werden derzeit auch thermisch vernetzende Lacksysteme geprüft, die bereits vielversprechende Ergebnisse geliefert haben. Mattierungseffekte sind ebenso möglich.

Die bedruckten Teile zeichnen sich durch eine hochwertige, homogene Optik aus. Im Vergleich zur Sprühlackierung wird im Drop-on-Demand-Verfahren nur dort lackiert, wo es gewünscht ist – und das auf Mikrometer genau. Entsprechend sind aufwändige händische Maskierungen nicht mehr notwendig. Im Vergleich zum Folieren hat das Verfahren den Vorteil, dass es auch an Bauteilkanten und bei komplexen Formen hochwertige Ergebnisse ohne Verstreckung liefert.

Ein weiterer Vorteil des Drop-on-Demand-Verfahrens ist die vielfache Einsetzbarkeit. So lassen sich neben Lacken auch Farbtinten und Primer mit dem gleichen Werkzeug verdrucken. Dadurch, dass sich der Druckdatensatz schnell ändern lässt, wird eine Einzelteilfertigung zu den gleichen Kosten wie bei einer Massenfertigung möglich.

Vorabprüfung mit Software

fpt robotics versteht sich als Lieferant von Gesamtlösungen inklusive dem Handling der Bauteile und/oder der Inkjet-Applikationseinheiten sowie der korrespondierenden Lackversorgung. Ein Softwaretool simuliert vorab den Druckprozess. So erhält der Kunde sehr schnell eine Aussage darüber, ob sich das Verfahren für seine spezielle Anwendung eignet. Realisierbar sind auch „kleine“, modulare Lösungen. Etwa die sternförmige Anordnung von Zellen um die Spritzgussmaschine für die einzelnen Bearbeitungsschritte plus Handlingsaufgaben.