Ziel des gemeinsam von der Hochschule Esslingen und dem Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM beantragten Vorhabens ist die Erarbeitung industrietauglicher Fertigungsverfahren zur Erzeugung bioinspirierter Nanostrukturen hoher Gebrauchs?best?n?digkeit auf Polymeroberfl?chen mit richtungsabh?ngigen, in weiten Bereichen frei einstellbaren, bedarfsgerechtem Reibwert (Reibwert-on-Demand). M?gliche Anwendungen umfassen die Bereiche Medizin- und Mikrosystemtechnik sowie die Lager- und F?rdertechnik. Im angestrebten Spritzgie?prozess k?nnen sowohl kleine als auch gro?e Fl?chen strukturiert und somit funktionalisiert werden. Um dieses Ziel zu erreichen sollen im Vorhaben Prozesse zur PVD-basierten, gro?fl?chigen Abscheidung gerichteter (anisotroper) Nanostrukturen erarbeitet werden. Derartige Strukturen sollen auf Werkzeugen für den Kunststoffspritzguss appliziert und im Spritz?gie?prozess in vernetzende Polymere abgeformt werden, sodass Strukturen nach dem Vorbild der California King Snake auf der Polymeroberfl?che erzeugt werden k?nnen. Deren Haut verfügt über eine spezielle, anisotrope Mikro- und Nanostruktur, die der Schlange eine sichere Fortbewegung selbst auf schwierigsten Untergründen erlaubt. Die Werkzeug?oberfl?che kann dabei eben oder leicht gekrümmt sein und auf der Oberfl?che bereits eine über konventionelle Bearbeitungsverfahren eingebrachte Mikrostruktur aufweisen. Die Aufbringung anisotroper Nanostrukturen soll durch eine angepasste Prozessführung im Beschichtungs?prozess sowie unter Ausnützung von Selbstorganisations?effekten im Schicht?wachstum erreicht werden. Im Spritzgie?prozess soll untersucht werden, wie durch eine gezielte Prozessführung die Strukturen auf den Werk?zeugoberfl?chen auf die Komponentenoberfl?chen übertragen und dabei prozesssicher entformt werden k?nnen. Für eine erh?hte Gebrauchsbest?ndigkeit sollen die Nanostrutkuren in Liquid Silicone Rubber (LSR) abgeformt werden, einem Silikon, welches sich zur Verarbeitung im Spritzgie?prozess eignet. Zur optimierten Replikation wird mittels variothermer Temperaturführung gearbeitet. Hier wird, im Gegensatz zur Verarbeitung von Thermoplasten, die Werkzeugoberfl?che vor dem Einspritzen aktiv gekühlt.

Im Verlauf des Vorhabens sollen derart nanostrukturierte Demonstratorbauteile abgemustert und bezüglich ihrer Reibwerteigenschaften und Best?ndigkeiten charakterisiert werden. Damit soll der Nachweis der anisotropen, tribologischen Wirkung von Nanostrukturen und damit der gezielten, richtungsabh?ngigen Reib?wertmodifikation erbracht werden. Perspektivisch k?nnen damit z.B. verbesserte Instrumente für die minimalinvasive Chirurgie bereitgestellt werden, die dem Operateur ein gegenüber bestehenden L?sungen wesentlich verbessertes, haptisches Feedback zur Verfügung stellen. Eine weitere Anwendung wird in der F?rdertechnik gesehen, bei der richtungsabh?ngige und verschlei?arme Oberfl?chen z.B. bei Vibrationwendelf?rderer genutzt werden k?nnen.

Laufzeit: Oktober 2018 – Dezember 2021
Projektpartner: Fraunhofer Institut für Werkstoffmechanik IWM
Projekttr?ger: VDI Technologiezentrum, Projekttr?ger der Baden-Württemberg Stiftung
Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Matthias Deckert, Dennis Wei?er, M.Sc. 

Ver?ffentlichung im Rahmen des Forschungsprojekts:

•  Calculating the temperature and degree of cross-linking for liquid silicone rubber processing in injection molding (Journal of Advanced Manufacturing and Processing)