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TDK TDK Electronics · TDK Europe

Piezo-Technologie

26. Juni 2019

Starke Verbindung dank Plasma

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Um Kunststoffteile sicher zu verkleben, ist eine Oberflächenbehandlung unerlässlich. Eine gleichermaßen einfache wie elegante Lösung ist dabei die Aktivierung mit kaltem Atmosphärendruck-Plasma. Relyon Plasma, ein Tochterunternehmen von TDK Electronics, bietet mit dem piezobrush® PZ2 dafür eine handliche Plasmaquelle, die auf dem TDK CeraPlasTM Piezo-Plasmagenerator basiert.

Der 3D-Druck ist inzwischen als Fertigungstechnologie in der Industrie wie auch im privaten Bereich etabliert. Durch die gestiegene Bedeutung dieses additiven Fertigungsverfahrens wachsen entsprechend die Anforderungen an Qualität, Materialvielfalt und Robustheit der Produkte. 

Bereits seit Jahren forscht Relyon Plasma im Bereich der Oberflächenaktivierung mit kaltem Plasma für Anwendungen im 3D-Druck. Die Creabis GmbH wiederum, ein 3D-Druck-Dienstleister, fertigt unter anderem große und komplexe Teile, deren Abmessungen bei über 600 mm liegen. Um die Vorteile des 3D-Drucks auch bei diesen größeren Formaten nutzen zu können, werden sie als Einzelteile gedruckt und anschließend verklebt. In der Praxis sind möglichst breite Klebefugen und das Kleben selbst, eine nicht zu unterschätzende Herausforderung. Vor allem bei langen schmalen Teilen, die Stoß auf Stoß geklebt werden, ist die geforderte Festigkeit der Klebeverbindung oft nicht ausreichend. Überwinden lässt sich diese Schwäche durch eine Oberflächenaktivierung durch kaltes Plasma vor dem Aufbringen des Klebers. 

Diese Oberflächenaktivierung durch Plasmabehandlung beruht im Wesentlichen auf zwei Effekten: Der Feinstreinigung der Oberfläche von organischen Verunreinigungen sowie der Erhöhung der Oberflächenenergie für eine verbesserte Benetzbarkeit durch Kleber. 

Hervorragend geeignet für das Vorbereiten von 3D-Druck-Teilen zum Verkleben ist der piezobrush PZ2 – ein effizientes wie kompaktes Plasmahandgerät von Relyon Plasma, das keine speziellen, technischen Kenntnisse und aufwändige Infrastrukturen benötigt. Das Herzstück dieses Plasma-Handgerätes ist der CeraPlas Piezo-Plasmagenerator, ein Hochspannungsentladungs-Bauelement für die Erzeugung von kaltem Atmosphärendruck-Plasma.

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Abbildung 1:

Der handliche piezobrush PZ2 von Relyon Plasma zur Aktivierung von Kunststoffoberflächen.

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Abbildung 2:

Der TDK CeraPlas ist das Herzstück des piezobrush PZ2 und dient zur Erzeugung von kaltem Atmosphärendruck-Plasma. 

Verbesserte Verklebungen durch Plasmaaktivierung der Einzelteile

Zwei Anwendungsfälle bei Creabis zeigen, welches Potenzial in der Verwendung des piezobrush PZ2 bei der Verarbeitung von 3D-Druck-Einzelteilen besteht. Die Türinnenverkleidung eines innovativen Elektro-Kleinserienfahrzeugs druckt Creabis in 4 Einzelteilen aus ungefülltem PA12 durch selektives Laser Sintern (SLS). Anschließend werden diese mit kaltem Plasma aktiviert und mit Cyanoacrylat (Sekundenkleber) gepunktet. Rund eine Stunde später, in der die Aktivierung der Teile immer noch anhält, werden sie mit einem Zwei-Komponenten-Kleber final strukturverklebt.

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Abbildung 3:

Von links nach rechts: Die vier in 3D-Druck hergestellten Einzelteile der Türverkleidung; Oberflächenaktivierung mit dem piezobrush PZ2; fertig verklebte Verkleidung.

Ralf Deuke, Inhaber von Creabis sieht den Einsatz der Plasmatechnologie überaus vorteilhaft: „Durch die Verwendung des piezobrush PZ2 ergeben sich nun Möglichkeiten bei der Verklebung von Einzelteilen, die bislang undenkbar waren.“ Das gilt insbesondere für das zweite Anwendungsbeispiel, bei dem eine Motorradverkleidung für den Rennsport, die im 3D-Druck aus 12 Einzelteilen gefertigt und nach einer Vorbehandlung mit dem piezobrush PZ2 verklebt wurde. Durch die erreichte Klebefestigkeit übersteht die am Motorrad montierte Verkleidung selbst Geschwindigkeiten von über 200 km/h. Interne Tests zeigen, dass die mit Plasmatechnologie behandelten Bauelemente eine 3-fach höhere Festigkeit der Klebeverbindung aufweisen als unbehandelte Teile.

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Abbildung 4:

Diese Motorradverkleidung besteht aus 12 in 3D-Druck gefertigten Einzelteilen. Dank der Oberflächenaktivierung mit dem piezobrush PZ2 vor dem Verkleben ergibt sich eine 3-fach höhere Festigkeit der Klebeverbindung.

Die beiden Unternehmen Relyon Plasma und Creabis sind sich darüber einig, dass es viele weitere Anwendungsmöglichkeiten der Plasmatechnologie im 3D-Druck gibt und werden die Zusammenarbeit künftig weiter vertiefen.

Technische Daten vom piezobrush PZ2 

Elektrischer Anschluss110 -240 V / 50 - 60 Hz, 15 V DC
Leistungsaufnahmemax. 30 W
Gewicht170 g
AusführungHandgerät mit Netzteil, integrierter Lüfter
Plasmatemperatur<50 °C
Typischer Behandlungsabstand2 - 10 mm
Typische Behandlungszeit5 - 20 s