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Die Firma CSEM ist spezialisiert auf angewandte Forschung und Entwicklung. Am Standort in Muttenz bei Basel wurde eine Technologie entwickelt, die es ermöglicht Oberflächen aus Stahl (und anderen Metallen) mit Mikro- und Nanostrukturen zu strukturieren. Dabei sind sowohl der Beschaffenheit des Werkzeugs wie der Art der Strukturierung kaum Grenzen gesetzt. Abbildung 1 zeigt exemplarisch ein paar der am CSEM strukturierten Stahlwerkzeuge und einen damit spritzgegossenen Deckel.
Abbildung 1 Beispiele verschiedener nanostrukturierter Stahlwerkzeuge und damit spritzgegossener Deckel
Da die meisten im Kundenauftrag hergestellten, nanostrukturierten Stahlwerkzeuge vertrauliche Designs beinhalten und nicht öffentlich präsentiert werden können, wurde am CSEM ein Technologiedemonstrator hergestellt, der einen Eindruck über die Vielfalt der möglichen Designelemente und Funktionen vermittelt. Das Design (siehe Abbildung 2) basiert auf einer holografischen Darstellung der Landkarte der Schweiz und veranschaulicht visuell das hohe Niveau und die Präzision dieser CSEM-Nanotechnologie.
Abbildung 2 Illustration des Designs des CSEM-Demonstrators. Bei Rotation um 90° in der Bildebene, ändert sich die visuelle Darstellung entsprechend.
Auf dem Demonstrator (siehe Abbildung 2 und Abbildung 3) ist die Landkarte der Schweiz mit den verschiedenen Standorten des CSEMs und einiger Technologiepartner, welche an der Realisierung beteiligt waren, zu sehen. Der Demonstrator zeigt verschiedene dekorative Effekte wie z.B. Pseudo-3D, einen Zoom-Effekt, weich verlaufende Farbwechsel sowie einen kinetischen Effekt bei Verkippung des Bauteils.
Abbildung 3 Illustration verschiedener mit blossem Auge sichtbarer optischer Effekte
Abgesehen davon wurden in den Demonstrator auch versteckte Mikro-Elemente integriert. Diese sind mit blossem Auge nicht erkennbar, sondern erfordern eine entsprechende technische Ausrüstung, wie beispielsweise ein hochauflösendes Mikroskop oder die Beleuchtung mit Laserlicht mit einer gewissen Wellenlänge. Abbildung 4 zeigt einige dieser Effekte.
Abbildung 4 Illustration verschiedener versteckter, mit blossem Auge nicht erkennbarer Elemente
So gibt es miniaturisierte 3D-Effekte (siehe CSEM-Standorte auf der Landkarte), Mikrobilder wie das stilisierte Matterhorn und Nanotext, wie den CSEM-Schriftzug. Sämtliche dieser Elemente sind auf dem am CSEM strukturierten Stahlwerkzeug enthalten und werden ebenfalls auf die abgeformten Kunststoffteile übertragen. Zur Erkennung dieser versteckten Strukturen ist neben der entsprechenden technischen Ausrüstung auch die genaue Kenntnis über die Art und die exakte Position dieser Elemente notwendig, um dieses auffinden und nachweisen zu können.
Am CSEM wurden basierend auf diesem Design mehrere Stahleinsätze nanostrukturiert. Abbildung 5 zeigt ein Foto einer dieser Stahleinsätze. Umlaufend um das „Switzerland-Design“ befinden sich auf diesem Demonstrator noch eine andere Teststruktur, welche zur Entwicklung der Lesbarkeit mittels Smartphones benutzt wurde.
Abbildung 5 Massiver Block aus Stahl (60mm x 60mm) dessen Oberfläche nanostrukturiert wurde. Es handelt sich um ein Demonstratordesign des CSEM. Zu sehen ist die holografische Darstellung der Schweiz, die verschiedenen Standorte des CSEM sowie eine Kombination anderer sichtbarer und versteckter optischer Effekte (Morphing, Pseudo-3D, mit Laserlicht sichtbar zu machenden Informationen, Zoom-Effekt, etc.). Für eine einfachere und bessere Lesbarkeit sind die Fotos des Stahleinsatzes gespiegelt abgebildet. In der Fertigung beinhalten die Stahlmaster das Design in gespiegelter Form, so dass die Darstellung auf den abgeformten Kunststoffteilen wieder korrekt, lesbar erscheint.
Sämtliche optischen Effekte basieren allein auf den in die Stahloberfläche eingebrachten Mikro- und Nanostrukturen. Abbildung 6 zeigt eine Mikroskopaufnahme des miniaturisierten Edelweiss und des Matterhorns.
Abbildung 6 Mikroskopaufnahme des miniaturisierten Edelweiss und Matterhorns nach der Produktion
Abbildung 7 zeigt das Ergebnis: Ein mittels Spritzgusses abgeformtes, nanostrukturiertes Bauteil aus PMMA. Es wurden dabei keinerlei zusätzlichen Beschichtungen, Farbpigmente oder gar Lacke aufgebracht. Weder auf das Kunststoffteil noch auf das nanostrukturierte Spritzgusswerkzeug Es handelt allein um den Stahl, aus dem das Spritzgusswerkzeug ohnehin besteht. D.h. diese Technologie kann auch im Bereich der Nahrungsmittelverpackung oder für medizinisch-pharmazeutische Produkte eingesetzt werden und bedarf keiner zusätzlichen sicherheitstechnischen Zulassung (FDA und dergleichen).
Abbildung 7 Spritzgegossene Demonstratoren aus PMMA. Der Switch Effekt bei Drehung um 90° ist klar erkennbar. Die versteckten Mikrostrukturen (wie das Matterhorn und das Edelweiss) sind mittels eines hochauflösenden Mikroskops und Kenntnis der Position erkennbar.
Die neueste Entwicklungsstufe dieser CSEM-Technologie liegt im Bereich der Lesbarkeit mittels Smartphones und Tabletts. Das CSEM arbeitet daran dekorative holografische Effekte, versteckte Sicherheitsmerkmale und Smartphone-Lesbarkeit in ein und demselben Element miteinander zu verbinden. Abbildung 8 zeigt ein Foto eines ersten solchen Designs.
Abbildung 8 Foto des neusten Technologie-Demonstrators auf Metalloberfläche. Es handelt sich um ein und dasselbe Objekt, aufgenommen aus zwei verschiedenen Blickwinkeln.
Das Design ist in Form eines Spielwürfels ausgebildet (siehe sechs „Augen“). Daneben enthält es eine mittels Laserlicht lesbare Struktur sowie eine, welche mittels Smartphones oder Tabletts und passendem Entschlüsselungscode ausgelesen werden kann.
Mit Hilfe des Masters (Abbildung 9) wurde in den Laboren des CSEM Center Muttenz in Basel ein erster Demonstrator aus schwarzem Kunststoff (PMMA) mittels Heissprägen hergestellt (Abbildung 9).
Abbildung 9 Foto eines mittels Heissprägen am CSEM hergestellten Demonstrators aus schwarzem PMMA.
Auf dem Kunststoff-Demonstrator befinden sich zu Testzwecken neben der kombinierten Testdesign noch zwei andere Testfelder. Das Feld mit den kombinierten Sicherheitselementen (Smartphone lesbar) ist markiert und befindet sich ganz rechts. Alle drei Bilder (Abbildung 9) sind von ein und demselben Kunststoffteil. Je nach Blinkwinkel ist das holografische Design des Spielwürfels oder auch die mattgraue Farbe der mittels Laserlicht und Smartphone lesbaren Struktur zu sehen.
Abbildung 10 Abgeformtes Kunststoffteil aus PMMA. Links: Sichtbarmachung des versteckten Codes mittels Laserlicht. Rechts: Erfolgreicher Scan des dekodierten Sicherheitselements via Smartphone (Screenshot).
Abbildung 10 zeigt die erfolgreiche Demonstration des Auslesens der im Design versteckten Codes via Laserlicht und/oder Smartphone. Bei Beleuchtung mit Laserlicht einer bestimmten Wellenlänge und unter geeignetem Winkel wird (hier) der Code „GENUINE“ angezeigt (Bild links). Im Bild rechts ist ein Screenshot des Smartphone-Anwendung zu sehen, mit welcher der Code auf dem geprägten Kunststoffteil erfolgreich erkannt und ausgelesen wurde.
Breites Knowhow
Das CSEM ist ein privates, nicht auf Gewinn ausgerichtetes Unternehmen für angewandte Forschung und Entwicklung einschliesslich Strategie- und Innovation-Consulting. 1984 gegründet, beschäftigt das CSEM heute ca. 550 Mitarbeiter am Hauptsitz in Neuchâtel sowie in den Regionalzentren in Muttenz, Alpnach, Landquart und Zürich. Die Hauptaktivitäten des CSEM liegen in den Bereichen der Präzisionssysteme und -fertigung, Digitalisierungstechnologien und nachhaltiger Energie.