Rol van oppervlakken in toegevoegde waarde van producten

Oppervlaktefunctionaliteiten, waaronder textureren, kunnen bedrijven helpen om op een efficiënte manier waarde toe te voegen aan hun producten en zo competitief sterker te staan. Texturen hebben hierdoor een stevig potentieel, maar de technologieën om ze aan te brengen en de methodiek om ze te ontwerpen voor een bepaalde toepassing zijn niet steeds duidelijk. In een korte blogreeks zal Sirris het textureren van oppervlakken en de mogelijkheden ervan bespreken.

Zowat alle maakbedrijven, in België en daar buiten, zijn continu bezig met de cruciale vraag ‘hoe produceren we producten met een hoge toegevoegde waarde waar klanten voor willen betalen, op de meest efficiënte manier?’ De marge die hier wordt genomen is het levensbloed van onze ondernemingen en is van essentieel belang om verdere economische groei te bewerkstelligen. Een van de belangrijkste manieren zijn functionaliteiten, bereikt door het aanpassen van oppervlakken. Het gros van de interacties van gebruikers met een product of component gebeurt via het oppervlak en de eigenschappen van dit oppervlak zijn essentieel om te bepalen in hoeverre het product zijn doelstelling kan bereiken. Maar hoe kan men een textuur nu gaan produceren?

Zandstralen en vonkerosie

Zandstralen en vonkerosie worden reeds wijdverspreid toegepast. Ze brengen een ruwheid aan op een oppervlak, die kan worden gecontroleerd door bijvoorbeeld de afmetingen van de zandkorrels of de vonkparameters. Toepassingen hier zijn bijvoorbeeld een betere grip of mat oppervlak creëren, betere hechting van coatings en lijmen, haptische eigenschappen zoals ‘soft touch’ indien toegepast via de spuitgiet­methode op bijvoorbeeld schakelaars. Een van de maatstaven om deze texturen te karakteriseren is de VDI mold-texture-schaal. Dit is een reeks oppervlaktetexturen die een bepaald aanzicht of ruwheid geven en vaak gebruikt worden als specificaties bij het ontwerpen van een product. Deze vorm van oppervlaktefunctionaliteiten is relatief goedkoop, maar beperkt in toepassing en functionaliteit.

Microfrezen

Als u de precisie en controleerbaarheid van het proces wilt verhogen, zult u moeten overgaan op andere technologieën. Zo kan je met microfreesmachines relatief complexe texturen aanbrengen op een oppervlak. Dit kunnen bijvoorbeeld kleine caviteiten zijn om de wrijvingscoëfficiënt te verhogen of verlagen, of een piramidestructuur om de contacthoek met water te verhogen. Onderzoek bij Sirris heeft echter aangetoond dat deze techniek weliswaar toelaat gecontroleerde texturen aan te brengen (in tegenstelling tot zandstralen bijvoorbeeld), maar dat de mogelijke geometrieën sterk beperkt zijn door de keuze van gereedschappen. De minimale featuregrootte wordt bepaald door het gereedschap en de machine, die zeer hoge spindelsnelheden zal moeten aankunnen voor deze kleine gereedschappen. Nadelen van deze techniek zijn uiteraard de dure gereedschappen, de slijtage van deze gereedschappen en de geometrische beperkingen. Ook is het niet bepaald een snel proces.

Etsen en lithografie

Een derde groep zijn de technologieën die echte gecontroleerde structuren met complexe geometrieën mogelijk maken. Hieronder vallen etsen, lasertextureren en lithografie. Bij het etsproces kunnen complexe patronen aangebracht worden op een oppervlak, maar er is een noodzaak aan een masker en chemische middelen, die het proces traag, duur en milieubelastend maken, zeker indien er grotere oppervlakken behandeld moeten worden. Het lithografieproces, dat we ook kennen uit de wereld van de micro-elektronica, laat toe om zeer nauwkeurig echte nanotexturen aan te brengen met zeer exotische geometrieën. Dit proces is echter bijzonder duur en ligt niet binnen het bereik van de gemiddelde kmo.

Ultrakort gepulste laser

Ultrakort gepulste lasers bieden dan weer ‘the best of both worlds’: een grote flexibiliteit qua geometrieën en materialen, maar daarnaast een zeer hoge vormnauwkeurigheid. Omdat in het geval van lasertextureren het gereedschap licht is, zijn er geen gereedschappen nodig, geen chemicaliën, geen speciale procedures en kan het hele ontwerpproces digitaal gebeuren, om zo een ‘first-time-right’ productieproces te verkrijgen. Ook laat de lasertechnologie toe om ieder product een uniek design te geven tegen een minimale extra kost. Een extra toegevoegde waarde die de laser levert, is dat ze ook, afhankelijk van de ingestelde laserparameters, chemische reacties aan het oppervlak mogelijk maakt. Deze kunnen ook toegevoegde functionaliteit bieden, zoals bijvoorbeeld de vorming van een dunne oxidelaag boven op een macrostructuur de waterafstotendheid verhoogt, of bijvoorbeeld de vorming van LIPSS (laser induced periodic surface structures) die zeer hoog presterende oppervlaktefunctionaliteiten toelaten.