ברמן, גרמניה - ציפוי UltraPLAS החדש שפותח על ידי חוקרי Fraunhofer הוכיח את עצמו כפתרון פורץ דרך לאתגרים של תהליכי יצירה ראשוניים. ציפוי מתקדם וקל לניקוי זה מיושם כשכבת גרדיאנט בתהליך פלזמה קרה ומתאים לחומרים כמו פלדת כלי עבודה, נירוסטה ואלומיניום. התכונות הפיזיקליות הייחודיות של UltraPLAS מאפשרות יציקה מושלמת של אפילו משטחים בקנה מידה ננו ומחזיר אור. על ידי הפחתת מספר השלבים שלאחר העיבוד וויתור על סוכני שחרור חיצוניים, האפליקציה מסווגת כחסכונית ביותר.
כיצד ניתן לצפות משטחי כלי עבודה איכותיים ומתוחכמים באופן שהייצור ישתפר, ותהליכי הניקוי מתעכבים או מפושטים משמעותית? חוקרים במכון Fraunhofer for Manufacturing Technology and Materials Advanced Materials IFAM חקרו את השאלה הזו יחד עם שותפים בפרויקטים "GlossyCast" ו-"UltraTrenn" במימון ה-Industrielle Gemeinschaftsforschung IGF. מטרת פרויקטי המחקר הייתה להפחית את כוחות פירוק התבנית והיווצרות משקעים תוך עמידה לצמיתות בלחצים הספציפיים של יציקת אבץ בלחץ גבוה ויציקת הזרקת פלסטיק.
באופן ספציפי, הזרקה של חלקי פלסטיק טכניים דורשת פתרונות להפחתת כוחות פירוק התבנית והיווצרות משקעים. זה חל על ייצור רכיבים עם משטחים מבריקים או מיקרו-מבנים מוגדרים במיוחד, כגון עדשות פלסטיק, עיטורים דקורטיביים או מחברים בעלי דיוק ממדי גבוה. באופן דומה, ביציקת אבץ בלחץ גבוה, משקעים על פני התבנית וכן משקעים של חומרי שחרור וחומרי סיכה מונעים ייצור של יציקות אבץ איכותיות ומבריקות. זה מביא לעלויות ניכרות עבור עיבוד שלאחר החלקים היצוקים. ללא קשר לכך, היישום של חומר שחרור לבדו יכול להוות עד 20 אחוז מזמן המחזור, כלומר קיים פוטנציאל ניכר לחיסכון אם לא יידרשו עוד חומרי שחרור.
כדי לעמוד בפרופיל הדרישות האמור לעיל של משטחים אופטיים חלקים במיוחד (Ra < 25 ננומטר) בתוך הפרויקטים, הציפוי עצמו חייב להיות חלק וחסר מבנה. על מנת להשיג זאת, נעשה שימוש בתהליך הפלזמה הקרה, מה שנקרא תהליך PE-CVD (השקעת אדים כימית משופרת בפלזמה). על ידי בניית שכבת שיפוע, תהליך זה מאפשר הידבקות שכבה מצוינת לגוף המוצר מחד ותכונות נון-סטיק יוצאות דופן עם מאפיינים פיזיקליים מצוינים בצד המוצר מאידך.
הציפוי המיוצר בדרך זו מאופיין, למשל, במודול גמישות גבוה (28 – 32 GPa) ובצפיפות גבוהה (1.5 גרם/ס"מ³). זה מביא לטווח קשיות Mohs של 5.5, ולכן הוא שווה ערך לזכוכית או אמייל. באופן אופייני, כציפוי נון-סטיק, יש לו גם אנרגיית שטח נמוכה (< 28 mN/m) with low polarity (< 1.5 mN/m).
התנהגות זו נתמכת על ידי העובדה שחוקרי Fraunhofer הצליחו לייצר את ציפוי UltraPLAS עם עובי שכבה דקה במיוחד של פחות מ-100 ננומטר. זה אפילו הוכח כנחוץ בפרויקט GlossyCast כדי לספק אפקט נון-סטיק טוב. בנוסף, השכבות הדקות וחסרות המבנה מאפשרות לשכפל בצורה מושלמת גם מבני משטח ננומטריים, למשל, עבור תהליך ננו-טביעת טבע, וגם משטחים מבריקים במראה.
בדיקות מעשיות מקיפות שבוצעו במסגרת הפרויקטים בחברות תעשייתיות שונות הראו כי בתחום ההזרקה מצטמצמים כוחות פירוק התבנית והיווצרות משקעים. כמו כן, הוכח שהפחתת כוחות ההיצמדות מפחיתה את סך כוחות השחרור. כתוצאה מכך, ניתן להגביר את טמפרטורת הסרת התבנית ולהפחית את כמות החיכוך.
בניגוד לטכנולוגיה המתקדמת, ניתן להסיר את הציפויים ביעילות ובעדינות באמצעות טכנולוגיית פלזמה כך שבמידת הצורך ניתן ליישם ציפוי חדש מספר פעמים ללא איבוד איכות. זה מעניין במיוחד עבור משטחי כלים מבריקים, מכיוון שהוא מבטל את הצורך בליטוש גוזל זמן או בעיבוד שבבי מדויק.
כמו כן, הוכח כי ייצור ישיר של משטחי יציקת אבץ באיכות גבוהה באמצעות טכנולוגיית יציקה יכול להגביר משמעותית את היעילות הכלכלית. על ידי שיפור משמעותי של איכות פני השטח של החלקים היצוקים, ניתן לפשט או אפילו להימנע לחלוטין שלבי עיבוד מכאניים יקרים וגוזלים זמן כגון פיצוץ, השחזה והברקה. בנוסף, ניתן לקצר או לצמצם את שלבי התהליך הבודדים של ציפוי אלקטרוני. הפיתוח של ציפוי שחרור UltraPLAS עמיד זה ליציקת אבץ מהווה התקדמות משמעותית בטכנולוגיית היציקה. האפשרות לחתוך חומרי שחרור פותחת פוטנציאל חדש לשיפור איכות היציקה, הפחתת עלויות הייצור והפיכת הייצור לידידותי יותר לסביבה.
מכיוון שהמוצרים היצוקים מיוצרים ללא חומרי שחרור, זמן הטיפול המקדים עבור ציפוי אלקטרוני מצטמצם וצריכת החומרים מצטמצמת. לרכיבים המיוצרים יש את החספוס הרצוי. בשל המשטח החלק יותר, ניתן לוותר על ציפוי נחושת בהיר, מה שמוביל לחסכון בחומרים, בזמן ובמי שפכים. הפחתת עובי השכבה של נחושת (ציאניד) וניקל בהיר ב-50 אחוז כל אחד הובילה לחסכון נוסף בחומרים ובזמן.
מידע רקע על תהליך הפיתוח: לפיתוח ה-UltraPLAS קדם ציפוי הנון-סטיק PLASLON, המתאפיין בקשיות גבוהה (Mohs קשיות 4.5 – 5.5) ועמידות מצוינת בטמפרטורות עד 230 מעלות. פרופיל נכס זה הפך את PLASLON לציפוי פופולרי ללא PFAS קל לניקוי לכלי בישול. באמצעות חדשנות מתמדת ופיתוח מוצרים כגון UltraPLAS ו- PLASLON, המכון שלנו תורם תרומה משמעותית לשיפור תהליכי הייצור וקידום הקיימות בתעשייה.