Integrierte RFID-Tags im Kunststoffspritzguss

Spritzuguss meets RFID

Zur Rückverfolgbarkeit von Kunststoffbauteilen werden diese, wenn überhaupt, über einen einfachen Code gekennzeichnet. Die aktuellen Verfahren für diese Codes sind aufwändig und bieten keine Möglichkeit, zusätzliche Informationen zu speichern. In Zukunft sollen wichtige Kenndaten des Spritzgussprozesses, des Materials und Bauteils mittels RFID-Tag im Bauteil hinterlegt werden können.

Technologien

  • Spritzguss,
  • PPSU Hochleistungsthermoplast
  • PA
  • RFID-Tag

Ausgangslage

Die aktuellen Lösungen zur Integration von RFID-Tags in Kunststoffbauteilen, die auf dem Markt verfügbar sind, bestehen aus mehrstufigen Prozessen. Die Tags werden dabei teilweise durch nachträgliches Bekleben oder Schweissen an das Bauteil angebracht. Bereits bekannte Studien lassen keinen Schluss zu, dass wirtschaftliche Lösungen für die Serienfertigung in Kunststoffspritzgussteilen gefunden wurden.

Die Firma Novoplast AG sucht nun nach einer umsetzbaren Lösung, die Tags im Spritzgussprozess zu integrieren. Zudem soll es möglich sein, die Tags mit Hochleistungsthermoplasten wie PPSU zu verarbeiten, die bei deutlich höheren Temperaturen und Drücken als Commodities wie PP oder technische Kunststoffe wie PA verarbeitet werden.

Ziele

Ziel war es, einen Überblick zu verfügbaren RFID-Tags, deren Eigenschaften und Anbietern zu schaffen. Um Informationen von den RFID-Tags lesen und darauf schreiben zu können, wurden Lese- und Schreibgeräte evaluiert. Damit die Stabilität und weitere Funktionstüchtigkeit der RFID-Tags während und nach dem Spritzgussprozess gewährleistet ist, wurde die Temperatur- und Druckbeständigkeit untersucht. Dazu wurden Press- und Spritzgussversuche mit PA und PPSU durchgeführt.

Weiter wurde nach Integrationsmöglichkeiten diverser RFID-Tags in Spritzgusswerkzeugen gesucht und Konzepte zur Umsetzung erstellt.

Diese Konzepte wurden mit Spritzgussversuchen evaluiert.

Giveaway Schuhlöffel der FHNW mit umspritzten NFC-Tag

Ergebnis

Vereinfachte Press- und Spritzgussversuche haben aufgezeigt, dass Standard RFID-Tags mit technischen Kunststoffen bis zu einer Schmelzetemperatur von 270°C verarbeitet werden können. Es wurden keine Beeinträchtigung der RFID-Tags festgestellt. Die Verarbeitung mit Hochleistungsthermoplasten bis 370°C Schmelzetemperatur ist möglich, dabei ist jedoch auf die Materialzusammensetzung und Formstabilität der Tags zu achten.

Mithilfe von zwei Giveaway-Spritzgusswerkzeugen konnten zwei Konzepte zum Hinterspritzen von RFID-Tags umgesetzt werden. Dabei hat sich gezeigt, dass es möglich ist, die RFID-Tags in einem einstufigen Spritzgussprozess zu hinterspritzen. Die Tags konnten sowohl mit einem Lese- & Schreibgerät wie auch mit einem NFC-fähigen Smartphone beschrieben und ausgelesen werden.