Selektive Metallisierung von Kunststoffteilen für die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsindustrie
Der Ersatz von vollständig aus Metall bestehenden Baugruppen durch Teile aus funktionalisierten Polymeren – ausgestattet mit EMI/EMV-Abschirmung, lokaler Leitfähigkeit und Beständigkeit gegenüber Umgebungsbedingungen – ist zu einem strategischen Faktor für Programme zur Gewichtsreduzierung bei zivilen und militärischen Flugzeugen geworden. DEMGY beherrscht alle Prozesse der selektiven Metallisierung, von der DFM-Mitentwicklung bis zur Serienqualifizierung in einer nach EN 9100:2018 / AS9100D zertifizierten Umgebung.
Warum wird Metall in der Luftfahrtindustrie durch metallisiertes Kunststoff ersetzt?
Entwicklungsteams sowie Tier-1- und Tier-2-Zulieferer sehen sich mit immer strengeren Anforderungen konfrontiert: Gewichtsreduzierung für Elektro- oder Hybridantriebe, funktionale Integration zur Begrenzung der Anzahl der in der Konfiguration verwalteten Referenzen und EMV-Konformität in immer dichter werdenden HF-Umgebungen (multifunktionale Avionik, taktische Kommunikation, AESA-Systeme).
Die selektive Metallisierung von Kunststoffteilen bietet eine Lösung für diese drei Herausforderungen zugleich:
- Gewichtsreduzierung ohne funktionale Kompromisse: Ersatz von Aluminiumabdeckungen, -gehäusen und -halterungen durch technische Kunststoffe (PEEK, PPS, LCP) mit lokaler Metallbeschichtung – typische Gewichtsreduzierung um 30–55 % für eine Avionik-Einheit (LRU) oder ein Bordkommunikationsgehäuse.
- Funktionale Integration: Leiterbahnen, Masseanschlüsse, EMI-Abschirmung und elektrische Kontakte sind in das Kunststoffteil integriert, wodurch nachträglich hinzugefügte Komponenten und Montagevorgänge entfallen.
- EMV-Konformität bereits in der Entwurfsphase: gemessene und kontrollierte Abschirmung (≥ 60 dB gemäß DO-160G §21), selektive Bereiche, die in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurteam des Tier-1-Zulieferers definiert wurden.
- Komplexe Geometrien: Die Metallisierung wird auf 3D-Oberflächen, Rippen, Vertiefungen und Kanäle angewendet, die mechanisch nicht bearbeitbar sind – also dort, wo ein Metallteil aus mehreren Elementen bestehen würde.
- Senkung der Gesamtbetriebskosten: weniger Teile in der Stückliste, kürzere Montagezyklen, vereinfachte Logistik, ein einziger Lieferant für das zertifizierte Fertigteil.
Beherrschte Verfahren: autokatalytische Chemie, Galvanoplastik, PVD
DEMGY verfügt intern über zwei sich ergänzende Verfahrensgruppen, die je nach den funktionalen Anforderungen und den vom Kunden bereitgestellten Materialspezifikationen ausgewählt werden:
| Verfahren | Lager | Typische Dicke | Hauptsächlich in der Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie eingesetzt |
|---|---|---|---|
| Autokatalytische chemische Metallisierung (ohne elektrischen Strom) | Nickelphosphid, Kupfer, Nickel | 3–25 µm | EMV-/EMI-Abschirmung, galvanische Trennung, gleichmäßige 3D-Beschichtung |
| Galvanoplastik (Elektrolyse) | Cu, Ni, Cr, Au, Ag | 5–100 µm | Leiter, elektrische Kontakte, Verschleißfestigkeit |
Präzises Maskieren – Festlegung der Funktionsbereiche
Die geometrische Genauigkeit der Abdeckung bestimmt die Qualität der Abschirmung und die Unversehrtheit der nicht metallisierten Schnittstellen (HF-durchlässige Bereiche, Dichtungsflächen, Montagebereiche). DEMGY verwendet:
- Fotomasken und Trockenresistfolien für Maskierungstoleranzen von weniger als ±0,1 mm bei komplexen Bauteilen.
- Maßgefertigte Stopfen und Dichtungen (PEEK, Silikon) zum Schutz von Öffnungen und Funktionsflächen.
- UV-Reservelack für schwer zugängliche Stellen.
- Konforme, im 3D-Druck hergestellte Masken für Prototypen und Kleinserien (schnelle Iteration in der Qualifizierungsphase).
Oberflächenaktivierung und Haftung auf technischen Polymeren
Die Haftung der Metallbeschichtung auf Hochleistungskunststoffen (PEEK, PPS, LCP, PEI) – die als schwer metallisierbar gelten – ist ein entscheidendes Unterscheidungsmerkmal. DEMGY beherrscht die geeigneten Oberflächenbehandlungen: kontrollierte chemische Ätzung, Plasmaaktivierung, selektives Beizen und für jeden Polymertyp spezifische Haftvermittler. Die Haftung ist gemäß ISO 2409 (Gittertest) und ASTM B571 (Abziehprüfung) zertifiziert, wobei die Ergebnisse in der Zertifizierungsakte archiviert werden.
Anwendungsfälle – Avionikausrüstung und Flugzeugstrukturen
Anwendungsbeispiele · Avionik
LRU-Gehäuse aus glasfaserverstärktem PPS — Selektive EMV-Abschirmung Ni/Cu/Ni
Hintergrund: Austausch einer Aluminiumabdeckung an einer während des Fluges austauschbaren Einheit (LRU) des Flugmanagementsystems, Programm für Mittelstreckenflüge.
Anforderung: Erzielung einer Dämpfung von ≥ 60 dB zwischen 100 MHz und 1 GHz gemäß DO-160G §21 und MIL -STD-461G RE102, bei gleichzeitiger Integration der Erdungsanschlüsse ohne separate Einfügung auf einer Geometrie mit 14 Seiten und 4 Durchsteckanschlüssen.
Die DEMGY-Lösung: DFM-Planung in Zusammenarbeit mit dem Ingenieurteam des Tier-1-Zulieferers; chemische Beschichtung mit Cu (10 µm) + Ni (5 µm) auf den Innenflächen und den Befestigungsflanschen; präzise Abdeckung der Verbindungsbereiche (Toleranz ±0,08 mm); Haftfestigkeitsprüfung nach ASTM B571 an Qualifikationsproben pro Charge.
Anwendungsbeispiele · Navigation
GNSS-Antennenhalterung aus PEEK – Galvanisierte Leiterbahnen und selektive Kontakte
Kontext: Tragkonstruktion für eine Multi-Konstellations-GNSS-Antenne an einem militärischen Transporthubschrauber. Anforderungen hinsichtlich der HF-Durchlässigkeit der strahlenden Oberflächen, der Leitfähigkeit der Verbindungswege und der Beständigkeit gegen Salzkorrosion (Meeresatmosphäre).
Problemstellung: Die Vereinbarkeit von nicht metallisierten Bereichen (HF-Durchlässigkeit) mit galvanisierten Bereichen (robuste Kontakte, Widerstand ≤ 5 mΩ) auf einem PEEK-Bauteil mit konvexer Geometrie in einer Umgebung gemäß DO-160G §14 (Vibrationen) und §6 (Temperaturen –55 °C / +85 °C).
Die DEMGY-Lösung: Abdeckung der Strahlungsbereiche mit UV-beständiger Folie; Plasmaaktivierung von PEEK + chemisch aufgebrachtem Kupfer (6 µm) + Goldbeschichtung (1 µm) an den Kontaktstellen; 500-stündiger Salznebel-Beständigkeitstest gemäß ASTM B117. Vollständige Rückverfolgbarkeit der Charge, Konformitätsbescheinigung wird mitgeliefert.
Polymer
PEEK 450G (Victrex) – gemäß FAR 25.853 zertifizierter Typ hinsichtlich Feuerbeständigkeit, Rauchentwicklung und Toxizität
Gemessener spezifischer Widerstand
3,2 mΩ/sq auf den Leiterbahnen – Zielwert ≤ 5 mΩ/sq erreicht
Anwendungsbeispiele · Thermik
Verbundrohre für Warmwasser — Reflektierende Al-PVD-Beschichtung
Hintergrund: Rohrleitungsabschnitte für das Klimatisierungssystem (Environmental Control System) aus thermoplastischem Verbundwerkstoff, Programm für Regionalflugzeuge.
Problemstellung: Verringerung der Wärmeverluste an den Abschnitten, die Bereiche mit schwankender Umgebungstemperatur durchqueren; Schutz der Verbindungsstellen vor Kondenswasser, ohne die mechanischen Schnittstellen zu verändern.
Die DEMGY-Lösung: Aufbringen einer Aluminium-PVD-Beschichtung (0,5 µm) auf die Außenflächen der kritischen Bereiche; Abdecken der Verbindungsmuffen und Befestigungsflansche; Endrauhigkeit Ra ≤ 0,4 µm zur Optimierung der Infrarotreflexion.
Anwendungsbeispiele – Verteidigungssysteme und integrierte Ausrüstung
Anwendungsbeispiele · Elektronische Verteidigung
Gehäuse für taktische Kommunikation – Selektive EMI-Abschirmung aus Cu/Ni + externe Verstärkungen
Kontext: Gehäuse für eine taktische Funkstation, die auf einem gepanzerten Fahrzeug montiert ist. Anforderungen an die Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen (EMI) gemäß MIL-STD-461G (RE102 / RS103), chemische Beständigkeit gegenüber militärischen Flüssigkeiten (MIL-PRF-5606, JP-8-Treibstoff), Vibrationsfestigkeit gemäß MIL-STD-810H Methode 514.8.
Die DEMGY-Lösung: PPS-GF40-Gehäuse mit innerer Beschichtung aus Cu (15 µm) + Ni (8 µm) + Passivierungsschicht; äußere Verstärkungen an den Aufprallstellen (Ni mit einer Dicke von 50 µm); vollständige Zertifizierung der Umweltbeständigkeit mit archiviertem Prüfbericht. Verwaltung von Ausnahmeregelungen und technischen Änderungen gemäß den Prozessen im Verteidigungsbereich.
Anwendungsbeispiele · Optronik
Optikgehäuse aus LCP – Leiterbahnen für ein Wärmebildvisier
Hintergrund: Optronische Komponente des Chassis für ein in Kurzstreckenraketen integriertes Zielsystem (vertrauliches Programm). Sehr strenge Maßanforderungen (kontrollierte Wärmeausdehnung), Leitfähigkeit auf den integrierten Versorgungsleitungen, Beständigkeit gegen pyrotechnische Stöße.
Die DEMGY-Lösung: LCP (Flüssigkristallpolymer) mit geringem Ausdehnungskoeffizienten; chemisch aufgebrachte Kupferschicht (8 µm) + galvanisch aufgebrachte Silberschicht (3 µm) auf den Leiterbahnen; Schockzertifizierung gemäß MIL-STD-810H Methode 516.8. FIRST-ARTICLE-qualifiziertes Bauteil gemäß AS9102.
Zertifizierte und kompatible Polymermaterialien
Die Materialauswahl erfolgt in Zusammenarbeit mit dem Konstruktionsteam des Kunden unter Berücksichtigung der vom Kunden festgelegten Materialspezifikationen (AIMS von Airbus, BMS von Boeing, interne Spezifikationen von Safran/Thales/MBDA) sowie der Einschränkungen hinsichtlich der Bearbeitbarkeit der Metalle:
| Polymer | Heizungsanlage | Typische Anwendungsbereiche | Verträglichkeit mit Metallbeschichtungen |
|---|---|---|---|
| PEEK | bis zu 250 °C im Dauerbetrieb | Avionik, Struktur, Kontakt mit Flüssigkeiten | Hervorragend (Plasma-Aktivierung) |
| GF/CF-verstärktes PPS | bis zu 220 °C | Gehäuse, Halterungen, Rohrleitungen | Sehr gut |
| LCP | bis zu 280 °C | Steckverbinder, Optronik, hohe Präzision | Bonne (spezifische Gravur) |
| PEI (Aktuelle Version) | bis zu 170 °C | FFT-zertifizierter Innenraum der Kabine | Sehr gut |
| PSU / PPSU | bis zu 190 °C | Küchengeräte, Flüssigkeitsverteilungssysteme | Bonne |
| PA 6/6, PA 12 | bis zu 130 °C | Niederspannungssteckverbinder, Klemmen, Halterungen | Ausgezeichnet (Standard) |
| Verbundwerkstoffe für den Hochbau | Variable | Strukturen, sekundäre aerodynamische Strukturen | In Bearbeitung (Oberfläche und Harz) |
Qualität, Zertifizierung und Einhaltung der Anforderungen in den Bereichen Luftfahrt und Verteidigung
Dies ist der Abschnitt, den Einkäufer und Qualitätsbeauftragte eines Tier-1-Zulieferers als Erstes lesen. DEMGY arbeitet nach einem Qualitätssystem, das speziell auf die Anforderungen von Programmen in der Luftfahrt- und Verteidigungsindustrie zugeschnitten ist:
Zertifizierungen und Qualitätsstandards
EN 9100:2018 / AS9100D NADCAP – Chemische Verarbeitung ISO 9001:2015 EN 13485 (Medizinbranche)
Kontrollen während des Herstellungsprozesses und bei der Abnahme
| Überwachter Parameter | Methode | Referenzstandard |
|---|---|---|
| Schichtdicke | Röntgenfluoreszenz (XRF), metallografische Schnitte | ASTM B568, EN ISO 3497 |
| Registrierung des Lagers | Gittertest (Cross-Hatch-Test), Abziehprüfung | ISO 2409, ASTM B571 |
| Elektrischer Widerstand / Durchgang | 4-Elektroden-Messung, mΩ/cm² | IPC-TM-650 |
| Dämpfung elektromagnetischer Störungen / Abschirmung von Funkwellen | Messung in einem abgeschirmten Raum | DO-160G §21, MIL-STD-461G |
| Rauheit und Aussehen | Profilmessung, Sichtprüfung gemäß Plan | ISO 4287 |
| Mikrohärte | Vickers (HV0,1) | ISO 6507 |
Umweltzertifizierung
Die Ablagerungen werden unter realen Einsatzbedingungen bewertet: Temperaturzyklen von –55 °C bis +125 °C (Langstreckenflugprofile oder Motorbereiche), Salznebel 500 Stunden gemäß ASTM B117, Feuchtigkeit/Wärme 85 °C / 85 % r. F. (500 h), Vibrationen bei Flugprofilen und Starts (DO-160G §8 und MIL-STD-810H).
Rückverfolgbarkeit und Dokumentenverwaltung
- Vollständige Rückverfolgbarkeit von Charge zu Charge: Chargennummer, Bediener, Datum, Gerät.
- Für jede Lieferung wird eine Konformitätsbescheinigung (COC) mitgeliefert.
- Prüfbericht für das Erstmuster (FAIR) gemäß AS9102 bei der ersten Serienlieferung.
- Verwaltung von Ausnahmegenehmigungen (Waiver) und Änderungen (Engineering Order) gemäß den Kundenanforderungen.
- Der Überwachungsplan und die FMEA-Analyse des Prozesses sind auf Anfrage erhältlich.
Unser Projektansatz – Von der gemeinsamen Planung bis zur Zertifizierung für die Serienfertigung
Ein Projekt zur selektiven Metallisierung in der Luftfahrtindustrie ist nicht nur ein einfacher Oberflächenbehandlungsprozess: Es ist eine Zusammenarbeit zwischen der Konstruktionsabteilung des Tier-1-Zulieferers, dem DFM-Team von DEMGY und den Prozessexperten. So arbeiten wir:
- Funktionsdefinition und Anforderungsanalyse
Analyse der EMV-, thermischen und mechanischen Spezifikationen des Kunden (AIMS, BMS, Thales/Safran-Spezifikationen). Identifizierung kritischer Schnittstellen, HF-Bereiche und Integrationsbeschränkungen (Steckverbinder, Dichtheit, Ausdehnung). - Materialauswahl und Design für die Metallisierung (DFM)
Auswahl des Polymers unter Berücksichtigung der Temperaturbeständigkeit, der Medienverträglichkeit und der Metallisierbarkeit. Analyse der Werkstückgeometrie: Freiwinkel, Oberflächenbeschaffenheit, zu maskierende Bereiche, Zugänglichkeit der Bäder. Konstruktionsempfehlungen, falls erforderlich (Hinzufügen von Passmarken, Änderung der Rundungsradien). - Prozessauswahl und Rapid Prototyping
Auswahl der Prozesskette (elektrolytisch / galvanisch / PVD). Herstellung von Mustern, funktionsfähigen Prototypen oder DOE-Studien (Design of Experiments) zur Validierung der Kombination aus Polymer × Prozess × Schichtdicke. Fertigstellungszeit für den Prototyp: 2 bis 6 Wochen, je nach Komplexität. - Qualifizierung des ersten Artikels
Testkampagne: Haftung, Dicke, spezifischer Widerstand, elektromagnetische Verträglichkeit (EMV), Umgebungsbedingungen. Festlegung der FAIR gemäß AS9102. Überprüfung der Qualifizierung gemeinsam mit dem Kunden. Endgültige Festlegung des Sortiments und der Prozessparameter. - Industrialisierung und Serienfertigung
Endgültige Maskierungsdurchbrüche. Validierte Produktionspalette und Überwachungspläne. Inline-Kontrolle, SPC für kritische Parameter. Logistikmanagement und termingerechte Lieferungen entsprechend dem Produktionsrhythmus.
Lassen Sie uns über Ihr Projekt sprechen
Arbeiten Sie an einem Luftfahrtprogramm (A320-Familie, A350, H160, ATR, Falcon, CSeries…) oder an einem Verteidigungssystem (FREMM, VBCI, Raketen, MALE-Drohnen…), bei dem eine selektive EMV-Abschirmung, eine lokale Leitfähigkeit oder eine funktionale Oberflächenbeständigkeit an einem Kunststoffteil erforderlich ist?
