Schlussbericht zum Verbundprojekt (EUREKA): Nanostrukturierter verschleißfester Werkzeugeinsatz für die Hochkontrastmarkierung von Kunststoffteilen beim Spritzguss; Teilprojekt: In-Mold Markierungstechnologie für mikrofluidische Bauteile

Abstract

Das Projekt zielte auf einen robusten Einsatz für Spritzgießwerkzeuge ab, der erstmals eine schnelle, kostengünstige In-Mold Kennzeichnung von Kunststoffwaren mit eindeutiger Kennzeichnung (UDI, 2D-Code) ermöglicht. Schlüsselfaktoren für den Erfolg der von Matriq patentierten Technologie sind Qualität und Lesbarkeit des Codes auf den Kunststoffteilen und Langlebigkeit der Formeinsätze. Ein mikrogefertigter Chip mit einer Reihe einzeln steuerbarer Mikroheizungen (DM), die, wenn sie eingeschaltet sind, ein lesbares Kontrastmuster auf der Kunststoffoberfläche hinterlassen, wurde integriert. Die Aufgabe von MFCS bestand in der der Realisierung von mikrostrukturierten Polymerbauteilen inkl. Integration der DM Technologie in standardisierte und kundenspezifische Werkzeuge, Untersuchung von Einflüssen auf Prozessbedingungen (Druckstabilität, Druckfestigkeit der Hartbeschichtung) sowie Kompatibilitätstests mit Backend-Verarbeitung für mikrofluidische Bauteile. Es kamen verschiedene Polymere zum Einsatz, die hinsichtlich der Anwendbarkeit der DM-Technologie untersucht wurden. Dabei war die Methode für Polymere mit hohen Verarbeitungstemperaturen nicht geeignet, es konnte kein lesbarer Kontrast erzeugt werden, da die Abformung bereits im Verarbeitungsprozess erfolgte. Bei Polystyrol konnte durch Anpassung der Verarbeitungsparameter und Zykluszeiten eine Abformung erreicht werden, allerdings war der erzeugte Code nicht ausreichend zur Verarbeitung mit handelsüblichen Scannern. Einzig mit einem thermoplastischen Elastomer (TPE) mit niedriger Verarbeitungstemperatur konnte eine gut erkennbare Kennzeichnung erreicht werden. Da TPEs in der Mikrofluidik eher selten eingesetzt werden, ist die DM-Technologie somit momentan weniger für die Kennzeichnung mikrofluidischer Bauteile geeignet. Denkbare Anwendungen können jedoch die Kennzeichnung von Kunstoffteilen zur Rückverfolgbarkeit in anderen Branchen sein. Aufgrund des hohen Potentials dieser Technologie für die Markierung von Kunststoffbauteilen direkt im Replikationsprozess ist eine Weiterentwicklung der Technologie wichtig, um gleichzeitig die Abbildung des 2D-Codes über die DM-Technologie und die formgetreue Abformung der Mikrostrukturen zu ermöglichen. Datei-Upload durch TIB The project aimed to create a robust application for injection molding tools that would enable, for the first time, fast, cost-effective in-mold marking of plastic goods with a unique identifier (UDI, 2D code). Key factors for the success of the technology patented by Matriq are the quality and readability of the code on the plastic parts and the durability of the mold inserts. A microfabricated chip with a series of individually controllable micro heaters (DM) that, when switched on, leave a readable contrast pattern on the plastic surface was integrated. MFCS's task was to manufacture injection molded parts including integrating the DM technology into standardized and customer specific tools, investigating influences on process conditions (pressure stability, compressive strength of the hard coating) and compatibility tests with backend processing for microfluidic components. Various polymers were used and examined with regard to the applicability of the DM technology. The method was not suitable for polymers with high processing temperatures; no readable contrast could be created because the molding already took place during the processing process. With polystyrene, a molding could be achieved by adjusting the processing parameters and cycle times, but the code generated was not sufficient for processing with commercially available scanner methods. A clearly recognizable marking could only be achieved with a thermoplastic elastomer (TPE) with a low processing temperature. Since TPEs are rarely used in microfluidics, DM technology is currently less suitable for marking microfluidic components. However, conceivable applications could include the marking of plastic parts for traceability in other industries. Due to the high potential of this technology for marking plastic components directly in the replication process, further development of the technology is important in order to enable both the reproduction of the 2D code using DM technology and the accurate reproduction of the microstructures.