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Lackfilm-Strukturbildung bei der Spritzlackier-Applikation
(2013) Hager, Christian; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)
Neben Farbe und Glanz ist für die Charakterisierung der optischen Qualität einer Lackierung die Oberflächenstruktur ein entscheidendes Qualitätsmerkmal. In den vergangen Jahren hat sich im industriellen Umfeld für die Beschreibung der Oberflächenstruktur eine Einteilung in Strukturanteile von fünf Wellenlängenbereichen Wa (0.1 bis 0.3 mm), Wb (0.3 bis 1 mm), Wc (1 bis 3 mm), Wd (3 bis 10 mm) und We (10 bis 30 mm) etabliert. Da es beim Spritzlackieren eine hohe Anzahl an Einflüssen auf die Entstehung der Oberflächenstruktur gibt, wie z. B. die Zerstäubungsfeinheit des Lacksprays, die Untergrundstruktur oder die Lage der zu beschichtenden Fläche (horizontal/vertikal), weisen Lackierungen nach der Trocknung und Härtung oftmals deutlich unterschiedliche Oberflächenstrukturen auf. Die Lackierungen haben dadurch ein unterschiedliches optisches Erscheinungsbild, wodurch die Vermarktungsfähigkeit hochwertige Produkte nicht gegeben ist. In aufwendigen Optimierungsversuchen wird versucht durch empirische Anpassungen der Prozessparameter eine akzeptable Oberflächenstruktur zu erzeugen. In vielen Fällen können die gewünschten Oberflächenstrukturen jedoch nur durch kostenintensive Schleif- und Polierprozesse sowie Mehrfachlackierungen erreicht werden. Es fehlte eine modellbasierte Anpassung von Prozessparametern, um gezielt die Oberflächenstruktur einer Lackierung optimieren zu können. Die Vision ist eine automatisierte Regelung der Lackierprozessparameter, mit Hilfe derer auf unterschiedlich strukturierten Substraten und unabhängig von der Lage einzelne Strukturanteile der Wellenlängenbereiche Wa bis We gezielt verringert oder verstärkt werden können, um somit eine bestimmte und homogene Oberflächenstruktur zu erzeugen. Mit dieser Arbeit wird ein geschlossenes 3D-Modell bereitgestellt, welches die Hauptmechanismen der Lackfilm-Oberflächenstrukturbildung beinhaltet. Durch numerische Untersuchungen mit dem ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit entwickelten Simulationsprogrammes konnte zusätzlich ein tieferes Prozessverständnis für die Oberflächenstrukturbildung bei der Spritzlackierung erarbeitet werden. Es konnten die unterschiedlichen Einflüsse der verschiedenen strukturbildenden Mechanismen tabellarisch zusammengefasst werden und daraus Ableitungen für eine gezielte Optimierung von Prozessparametern gewonnen werden. Das 3D-Modell und die Ergebnisse aus den numerischen Untersuchungen konnten erfolgreich auf einen realen Beschichtungsversuch angewandt werden. Durch diese Arbeit ist es nun erstmals möglich, gezielt modellbasierte Optimierungen beim Spritzlackierprozesses hinsichtlich der Oberflächenstrukturbildung durchzuführen.