Produkte-Nachricht

CSEM Muttenz
Nanostrukturen in gekrümmten und gewellten Oberflächen. Neue Technologie erlaubt direkten Transfer in Stahl.

Die Firma CSEM ist spezialisiert auf angewandte Forschung und Entwicklung. Eine innovative Technologie des Unternehmens macht die Nanostrukturierung von Stahl und verschiedenen anderen Materialien möglich. Dabei sind sowohl der Oberflächenbeschaffenheit des Materials wie der Art der Strukturierung kaum Grenzen gesetzt

CSEM - 1. Bild
Stahlwerkzeug mit dem Hologramm eines mechanischen Uhrwerks. Das hier gezeigte Hologramm wurde von der 3D AG zur Verfügung gestellt und anschliessend vom CSEM in den Stahl transferiert. Es handelt sich hier um keine zusätzlich aufgebrachten Schichten, sondern um die reine Stahloberfläche. Der visuelle Eindruck ergibt sich allein aus der Nanostrukturierung.

Die Firma CSEM hat eine neuartige Technologie für die Mikro- und Nanostrukturierung von metallischen Oberflächen entwickelt, die zur Kennzeichnung von Produkten mit Sicherheits- oder Qualitätsmerkmalen dient. Eine grosse Vielfalt an Strukturierungsarten ist möglich: bei Tages- oder Kunstlichtlicht sichtbare Hologramme, Logos, Farb- oder Bewegungseffekte, nicht ohne weiteres sichtbaren Mikrotext sowie Merkmale, die erst unter Laserlicht sichtbar werden. Insbesondere kann die CSEM-Technologie dafür eingesetzt werden, nanooptische Strukturen in Stahl zu transferieren. Das Neuartige an dieser Technologie ist, dass keine Einsätze aus Nickel verwendet werden müssen, sondern die Nanostrukturen direkt in die jeweiligen Stahlwerkzeuge der Kunden transferiert werden können. Es erübrigt sich damit auch das zusätzliche Aufbringen von Schichten oder das Hinzufügen von bestimmten Materialien und Substanzen, was für  bestimmte Anwendungsgebiete, wie in der Pharmazie oder der Nahrungsmittelindustrie, einen essentiellen Punkt darstellt.

CSEM - 2. Bild
Spritzgusseinsatz mit einem optischen Sicherheitsmerkmal am Boden einer Kavität. Das Sicherheitsmerkmal enthält auch unsichtbare Elemente und zeigt je nach Blickwinkel und Beleuchtung verschiedene Ansichten; was man u.a. auch sieht, wenn man die Reflexion an der Seitenwand des Stahlwerkzeuges betrachtet. Das Hologramm wurde vom CSEM direkt in den Stahl transferiert.


Die Krux mit dem Nickel
Bisherige Verfahren zur Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen in Metall basieren meist auf dem Prinzip der Photolithografie oder des Elektronenstrahlschreibens. Dabei werden die gewünschten Mikro- und Nanostrukturen in einen Photoresist belichtet oder geschrieben und dann mittels Galvanik in Nickel abgeformt. Die so entstehenden Nickelplatten – Shims genannt – können wiederum dafür benutzt werden, um Kopien der Mikro- und Nanostrukturen in Plastik abzuformen. Mittels eines Rolle-zu-Rolle Prozesses können derartige Nickel-Shims auch zum Prägen flexibler Folien oder, wie beim Spritzgiessen, zur Herstellung von kostengünstigen aber sehr präzisen optischen Bauteilen wie etwa Mikrolinsen oder diffraktiven optischen Elementen (DOEs) genutzt werden. Die auf Nickel basierende Technik ist etabliert und sehr ausgereift, weist allerdings auch einige Nachteile auf. So ist die Haltbarkeit der Nickelwerkzeuge im Vergleich zu Stahl aufgrund der hohen Belastung während des Produktionsprozesses deutlich geringer. Aus diesem Grund muss ein Nickeleinsatz typischerweise bereits nach einigen zehntausend Abformungen ausgewechselt werden. Das klingt nach viel. Doch besonders im Bereich des Spritzgiessens müssen oft Millionen Teile hergestellt werden. Der Austausch nicht mehr verwendbarer Nickeleinsätze ist nicht nur ein Kostenfaktor, weil ein neues Ersatzteil beschafft werden muss, sondern auch, weil durch das häufige Auswechseln die produktive Laufzeit der Anlagen verkürzt ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass hergestellten Nickeleinsätze im Allgemeinen flach sind. Das bedeutet, dass die gewünschten Strukturen auch nur auf ebenen Oberflächen abgeformt werden können. Beim Rolle-zu-Rolle Prozess kann der Nickel Shim zwar gebogen und auf eine Rolle aufgezogen werden, dennoch ändert dies nichts an der Tatsache, dass auch danach nur planare Abformungen möglich sind.

Innovative Lösungen
Dank der unmittelbaren Integration der Nanostrukturen durch das CSEM in die beim Kunden etablierten Stahlwerkzeuge, gehören beide Limitierungen – Anwendung ausschliesslich auf ebenen Oberflächen und begrenzte Lebensdauer – der Vergangenheit an.

Neu können die Nanostrukturen auch auf gekrümmte (konvexe oder konkave) Oberflächen oder auch in Kavitäten transferiert werden. In Abhängigkeit von der Feinheit der Strukturen liegt die typische Lebensdauer der strukturierten Stahleinsätzen für das Spritzgiessen bei einer Million Schuss und teilweise sogar deutlich darüber. Das entspricht in etwa den Zeitintervallen, in denen die Maschinen ohnehin für die Reinigung und Wartung heruntergefahren werden müssen. Dadurch ergibt sich der weitere Vorteil dieser neuartigen Technologie: Die Produktion der Anlage muss nicht unnötig für das Auswechseln der Stahleinsätze gestoppt werden. Dieser Schritt erfolgt zeitlich wie die Reinigung und Wartung. Das spart Zeit und Geld. Diese Vorteile kommen einer kleinen Revolution in der Nanostrukturierung gleich.

Vielfältige Einsatzmöglichkeiten und ein grosses Angebot
Der Integration der Nanostruktur in den Stahl, kann auf beliebige andere Metalle oder Werkzeuge ausgeweitet werden. Materialtechnisch gibt es kaum Einschränkungen. So gut wie alle von Kunden gelieferten Stähle und Metalle wurden bisher erfolgreich am CSEM bearbeitet. Somit eignet sich die Technologie auch für das Anbringen von Nanostrukturen auf Verpackungen von sensiblen medizinischen Produkten oder sogar auf Glas. Eine Ausnahme bilden die sogenannte DLC-Schichten (Diamond-Like-Carbon). Der einzige bislang durchgeführte Versuch zeigte keine zufriedenstellenden Ergebnisse.

CSEM - 3. Bild
Mittels Stahlwerkzeug aus Bild 2 spritzgegossener Plastikdeckel. Eine Kopie des Sicherheitsmerkmals wurde in die Plastik übertragen und sowohl das sichtbare „Welt-Logo“ als auch das Lasermerkmal (hier die Projektion des CSEM-Logos) erscheinen jetzt in der korrekten Orientierung.

Mittels Stahlwerkzeug aus Bild 2 spritzgegossener Plastikdeckel. Eine Kopie des Sicherheitsmerkmals wurde in die Plastik übertragen und sowohl das sichtbare „Welt-Logo“ als auch das Lasermerkmal (hier die Projektion des CSEM-Logos) erscheinen jetzt in der korrekten Orientierung.

Je nach Bedarf bekommt der Kunde vom CSEM zudem alles aus einer Hand: vom Design der Mikrostrukturen, über die Herstellung des Masters bis hin zum Spiegelpolieren, dem Stahltransfer, sowie die messtechnische Charakterisierung der hergestellten Einsätze und Werkzeuge sowie der damit abgeformten Produkte.

Die bisher am CSEM hergestellten und integrierte Mikro- und Nanostrukturen spannen ein weites Feld auf. Zunächst einmal können sichtbare wie auch unsichtbare Elemente transferiert werden. Die Palette reicht dabei von sichtbaren, farblich brillant schillernden Logos, komplizierteren Hologrammen, Mikro- und Nanotext, bis hin zu sichtbaren oder unsichtbaren Nanostrukturen, die bei Beleuchtung mit einer bestimmten Wellenlänge ein vorher bestimmtes Muster (Logo, Schrift, Webseite, oder QR-Code) projizieren. Natürlich lassen sich auch optische Funktionen wie Linsen, Strahlteiler oder Strahlformer bzw. Homogenisierer realisieren.

Seit ihrer Entwicklung hält die CSEM-Technologie in vielfältigen Bereichen Einzug. Sei es für die Verpackung medizinischer Produkte und Medikamente, im Bereich der Sicherheit und des Markenschutzes, in der Optik, oder in den Bereichen Ästhetik, Marketing und Kunst.

Breites Knowhow
Die Firma CSEM SA ist ein privates, nicht auf Gewinn ausgerichtetes Unternehmen für angewandte Forschung und Entwicklung einschliesslich der Strategie- und des Innovations-Consulting. 1984 gegründet, beschäftigt das CSEM heute mehr als 440 Mitarbeiter am Hauptsitz in Neuchâtel sowie in den Filialen in Muttenz, Alpnach, Zürich und Landquart. Die Hauptaktivitäten liegen vor allem im Bereich der Mikro- und Nanotechnologie, Oberflächentechnologie, Photovoltaik, organische Leuchtmittel, Light Management sowie Systemtechnik und Kleinleistungssysteme. 2014 konnte das CSEM, dank weltweit 200 Kunden, einen Jahresumsatz von 83 Millionen Schweizer Franken realisieren. 

CSEM - Hauptsitz in Neuchâtel
Hauptsitz von CSEM in Neuenburg

CSEM - LogoCSEM Muttenz
Dr. David Kallweit
Tramstrasse 99
CH-4132 Muttenz

Tel. +41 61 690 60 42
Fax +41 61 690 60 00

david.kallweit@csem.ch
www.csem.ch


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