Zwischen dem Entwurf eines MID-Bauteils und dem Produktionsanlauf liegen in der Regel mehrere Prototypenstadien wie für Entscheidungsprozesse, Zusammenbau-Studien oder allgemein zur Beschleunigung der Produktentwicklung. Dabei kommt es auf eine möglichst seriennahe Gestaltung der Prototypen an.
Dieses Prototyping war bislang zeit- und kostenaufwändig – manchmal sogar unmöglich. So ist z. B. beim 2K-Verfahren die Herstellung von Prototypen im Original-Verfahren fast immer unwirtschaftlich, da teure Spritzgusswerkzeuge notwendig wären.
Kleinere Grundkörper für das LPKF-LDS-Verfahren lassen sich aber auch durch mechanische Bearbeitung, wie z. B. Fräsen, aus einem LDS-dotierten Halbzeug (dickere spritzgegossene Plattenmaterialien) herausarbeiten und dann laserstrukturieren und metallisieren. Eine weitere Option besteht in der Anfertigung von Prototypen über ein Vakuumgießen von LDS-additivierten Polyurethanharzen (PUR) in einer Silikongießform.
Vom 3D-Teil zur Schaltung
Basis des hier vorgestellten Verfahrens von LPKF ist ein mittels Rapid-Prototyping erstellter Kunststoffkörper. Darauf kommt ein Lack mit laseraktivierbaren Additiven. Derzeit steht dieser Lack noch als Zweikomponenten-Version aus Grundlack und Härter auf Basis eines Polyurethan-Isocyanat-Systems bereit. Ziel ist eine Einkomponenten-Variante – möglichst in einer einfach zu handhabenden Sprühdose. Der Lack kann nahezu beliebige Kunststoffoberflächen mit einer laseraktivierbaren Beschichtung versehen.
Der per Stereolithografie, Lasersintern oder durch FDM (Fused Deposition Modeling), erstellte Rohling wird für die Laserstrukturierung mit einer Schichtdicke von ca. 30 bis 40 µm lackiert. In der Praxis sind zwei aufeinander folgende Lackierungen ideal für eine ausreichende Schichtdicke.
Die Laser-Direktstrukturierung
Anschließend findet die Laserstrukturierung wie bei herkömmlichen LDS-Spritzgussbauteilen statt. Dafür hat LPKF erstmals auf der Hannover Messe 2011 ein Vorserienmodell des LPKF Fusion 3D 1000 präsentiert. Dieses preisgünstige Lasersystem kann räumliche Bauteile in einem Bearbeitungskubus von 120 mm x 120 mm x 50 mm strukturieren.
Der Laserkopf kommt auch im Spitzenmodell LPKF Fusion 3D zum Einsatz, so dass sich Prototyping-Layouts sofort in Produktionsdaten übernehmen lassen. Die große, in Z-Achse verfahrbare Arbeitsbühne ist speziell für das Prototyping konstruiert, aber auch Klein- und Mittelserien lassen sich damit fertigen.
Der Fusion 100 kann mit kundeneigenen Werkstückaufnahmen oder Aktoren für die räumliche Manipulation der zu lasernden Teile ausgestattet werden. Ein zusätzlicher Pilotlaser erleichtert das exakte Einrichten des Teils für den Laserprozess.
Der LPKF Fusion 3D 1000 kommt mit einem Footprint von 80 cm x 150 cm aus und kann auf Rollen einfach positioniert werden. Das System gelangt ab Mitte 2011 in den weltweiten Vertrieb und wird mit der bewährten Software Circuit Pro 3D ausgestattet.
Metallisierung in der Becherglas-Kaskade
Als letzter Schritt in einer geschlossenen Prototyping-Kette fehlt noch die Metallisierung. Auch dafür existiert mittlerweile eine verlässliche Lösung für das Prototyping, aber auch für die gelegentliche Kleinserienproduktion sowie zur Ermittlung der optimalen Laserparameter unter standardisierten Metallisierbedingungen: ein Set von Laborgeräten, Chemikalien und Analyseequipment, das in einem exakt beschriebenen Prozess in einer Kaskade von Bechergläsern (Bild 3), platziert in einem Laborabzug, eingesetzt wird.
Gemeinsam mit der Enthone GmbH entwickelt und testet LPKF gerade eine Instant-Lösung für die chemische Verkupferung von LDS-Prototypen, die ohne analytische Überwachung der Badkomponenten auskommen wird. Dem Anwender steht dann auch ohne Vorhandensein eines Labors der Weg zur Metallisierung von Prototypen in einem einfach zu handhabenden Set offen.
Malte Borges
(hb)
