Insert-Molding und IME – In-Mold-Elektronik für intelligente Komponenten 2025

Einführung in den Insert-Spritzguss

Insert-Spritzguss sowie In-Mold Electronics (IME) sind Technologien, die das Verbinden von Kunststoffen mit Metall, Keramik oder Leiterplatten in einem einzigen Spritzgusszyklus ermöglichen. Dadurch erhalten Hersteller kompakter, leichtere und funktionalere Komponenten für die Automobilindustrie, Medizintechnik, Haushaltsgeräte und Consumer-Elektronik. Statt Elemente in mehreren Schritten zu montieren, positioniert die Spritzgießmaschine mit Roboter den Einsatz präzise und übergießt ihn mit Kunststoff, was eine dauerhafte Verbindung und volle Traceability gewährleistet.

Dieser Artikel beschreibt den gesamten Ökosystem des Insert-Spritzgusses: vom Design der Werkzeuge und Greifer über die Integration von Robotern bis hin zur Inline-Qualitätskontrolle und MES-Systemen. Wir zeigen, wie Spritzgießmaschinen Tederic Neo IME/IMD-Projekte durch Euromap-Schnittstellen, Traceability-Module und prädiktive Wartung unterstützen.

Steigende Anforderungen der OEM-Kunden und kürzer werdende Produktlebenszyklen machen den Insert-Spritzguss zu einem strategischen Werkzeug. Er ermöglicht die Herstellung von Plug-and-Play-Modulen, die direkt auf Montagelinien eingesetzt werden können, und reduziert die Anzahl der Lieferanten und Transporte. In Zeiten der Energiewende und zunehmender Produktpersonalisierung ist die flexible Umprogrammierung der Kavitäten mit Hilfe von Robotern und digitalen Rezepturen ebenso wichtig wie die Spritzguss-Technologie selbst.

Beim Einsatz von Insert-Spritzguss sollte man den gesamten Produktlebenszyklus bedenken: vom Prototyping über den Service bis zum Recycling. Dadurch lassen sich bereits in der Planungsphase Anforderungen an Demontage, Metaller回收 oder Elektronik-Updates vorhersagen, was den ökologischen Fußabdruck verringert und die Erreichung von ESG-Zielen erleichtert.

Was ist Insert-Spritzguss und IME?

Insert-Spritzguss ist ein Verfahren, bei dem ein Einsatz (metallisch, elektronisch, textil) in das Spritzgießwerkzeug eingebracht und anschließend mit einem thermoplastischen Schmelze übergossen wird. Es entsteht ein monolithischer Bauteil, in dem der Einsatz mechanische, elektrische oder dekorative Funktionen übernimmt. IMD (In-Mold Decoration) fügt eine grafische Schicht hinzu, während IME (In-Mold Electronics) leitfähige gedruckte Folien und SMD-Bauteile auf flexiblen Leiterbahnen einsetzt. Das Ergebnis sind intelligente Touch-Panels, HMI-Schnittstellen und Sensorstrukturen.

Von entscheidender Bedeutung ist die präzise Positionierung des Einsatzes und die dichte Umhüllung durch den Kunststoff. Spritzgießmaschinen von Tederic arbeiten mit SCARA-, anthropomorphen oder kartesischen Robotern zusammen, die Einsätze aus Vision-Magazinen entnehmen. Der Prozess wird durch PLC-Sequenzen gesteuert, und Daten zu Chargennummern der Einsätze und Spritzparametern werden in Traceability-Systemen gespeichert.

Bei IME-Projekten stellt der Schutz empfindlicher Elektronikkomponenten vor Temperatur und Spannungen eine zusätzliche Herausforderung dar. Daher kommen mehrstufige Spritzprofile, Vakuumkontrolle im Werkzeug sowie Drucksensoren in der Folie zum Einsatz. Die Spritzgießmaschine führt nicht nur den Prozesszyklus aus, sondern kommuniziert auch mit dem Testsystem, das nach dem Zyklus die Widerstände der Bahnen und die Sensorfunktionen prüft.

Entwicklungsgeschichte der Technologie

Der Insert-Spritzguss entstand in den 1950er Jahren, als Elektronikhersteller Kabel in ABS-Gehäuse einbetten wollten. Erste Anlagen nutzten manuelles Einlegen und einfache Werkzeuge. In den 1980er Jahren kamen Pick-and-Place-Roboter und Visionsysteme hinzu, was die Wiederholgenauigkeit steigerte und Mehrkavitätenwerkzeuge ermöglichte. Der Fortschritt von IMD/IML in den 1990er Jahren erlaubte Dekorationen und funktionale Schichten ohne zusätzliches Lackieren.

Ein Meilenstein war die Einführung flexibler Leiterbahnen mit gedruckten leitfähigen Pfaden. Unternehmen begannen, Touch-Panels und Controller in einem Spritzgussvorgang zu fertigen. 2018 führte Tederic das Smart-Insert-Paket ein, das die Synchronisation von Roboter, Spritzgießmaschine und Visionsystemen ermöglicht und Parameter in der Cloud speichert. Heute ist Insert-Spritzguss ein Pfeiler der Industry-4.0-Fabriken – Sensordaten aus dem Werkzeug gelangen in Echtzeit in MES-Systeme und unterstützen SPC-Analysen sowie prädiktive Wartung.

In den letzten Jahren kamen auch digitale Zwillinge von Insert-Kavitäten hinzu. Sie ermöglichen das Testen unterschiedlicher Robotertrajektorien und die Simulation von Kollisionsrisiken noch vor dem Bau der physischen Zelle. Damit lässt sich die Inbetriebnahme von Wochen auf Tage verkürzen und Operatoren durch VR-Trainings besser vorbereiten. Das senkt Investitionskosten erheblich und reduziert Werkzeugnacharbeiten.

Arten des Insert-Spritzgusses

In der Praxis gibt es mehrere Varianten der Technologie:

• Manueller Insert-Spritzguss – der Bediener legt den Einsatz ins Werkzeug, und die Maschine spritzt den Kunststoff. Erfordert einfache Werkzeuge und eignet sich für Kleinserien.
• Robotisierter Insert-Spritzguss – der Roboter entnimmt Einsätze aus dem Magazin, führt eine Bildverifikation durch und legt sie in die Kavitäten. Gewährleistet hohe Wiederholgenauigkeit und Chargenverfolgung.
• Mehrstoff-Insert-Spritzguss – kombiniert Insert-Spritzguss mit Folgeschritten wie 2K-Spritzguss, IMD oder LSR-Überguß.
• IME – spezielle Variante, bei der der Einsatz eine funktionale Folie (mit leitfähigen Schichten, Sensoren, LED-Dioden) ist, die dreidimensional geformt wird.

Ein korrektes Design der Kavität, des Einsatzbefestigungssystems und der Robotersequenz ist entscheidend für die Prozesssicherheit. Spritzgießmaschinen von Tederic bieten Euromap-67/77-Schnittstellen für reibungslose Roboterkommunikation, und Smart-Insert-Module überwachen die Drehplattenausrichtung, Einsatztemperaturen und Senszustände.

In fortgeschrittenen Zellen kommen mehrstufige Einsatzmagazine, Plasmavorberechnungsstationen oder Ultraschallreinigung vor dem Einlegen ins Werkzeug zum Einsatz. Jeder Schritt kann über das HMI der Spritzgießmaschine gesteuert werden, und die Daten fließen in MES-Systeme für einen vollständigen Prozessprotokoll.

Insert-Spritzguss in der Automobilindustrie

In der Automobilbranche dient Insert-Spritzguss zur Fertigung von Steckverbindern, Sensoren, Schaltern und HMI-Panelen. Diese Bauteile müssen IATF-16949-, PPAP-Normen sowie Umweltanforderungen (Temperatur, Vibrationen, Chemikalien) erfüllen. Einsätze sind meist Kupferleiter, Kontakte, Stahlelemente oder Dekorfolien.

Automotive-Linien laufen 24/7, daher zählt Zuverlässigkeit. Roboter legen Einsätze ein, Kraftsensoren bestätigen deren Vorhandensein. Ein Visionsystem prüft die Montagekorrektheit. Über Euromap 77 gelangen Daten ins SPC-System, und bei Abweichungen erfolgt ein Alarm. Insert-Spritzguss reduziert Montageoperationen um bis zu 40% und verkürzt die Zykluszeit auf 30–40 s für HMI-Panelen.

Ein neuer Trend ist die Integration von Insert-Spritzguss mit elektrischen Tests in 100% produzierten Stückzahlen. Nach dem Spritzguss transportiert der Roboter das Bauteil zur ICT-Station, wo elektrische Signale und LIN/CAN-Kommunikation geprüft werden. Ergebnisse fließen direkt in das Traceability-System und erleichtern die Erfüllung von OEM-PPAP- und Qualitätsberichten.

IME und Consumer-Elektronik

IME revolutioniert das Design von Consumer-Elektronik und Premium-Haushaltsgeräten. Gedruckte PET-Folien mit leitfähigen Bahnen und Sensoren können thermoformt und dann mit Kunststoff übergossen werden, um dreidimensionale Schnittstellen zu schaffen. Das ermöglicht Touch-Panels mit integrierten kapazitiven Tasten, Hintergrundbeleuchtung und Dekoration in einem Schritt.

Der Prozess erfordert den Zusammenspiel mehrerer Technologien: Siebdruck, Laserstanzen, SMD-Montage, Formen und Spritzguss. Die Tederic-Spritzgießmaschine synchronisiert den Drehplattanantrieb mit dem Roboter, um Spannungen in der Folie zu vermeiden. Im Werkzeug sind Drucksensoren und Temperatursensoren installiert, die empfindliche Bahnen schützen. Daten werden im Traceability-System archiviert, sodass jede Panelcharge einen eigenen „digitalen Pass“ erhält.

IME ermöglicht auch die Integration von NFC-Antennen, Lichtsensoren oder haptischen Elementen. Damit können Wearable-Hersteller gekrümmte, berührungsempfindliche Panele mit IP67-Dichtigkeit herstellen. Dies erfordert jedoch präzises Werkzeugdesign und enge Zusammenarbeit mit Folienlieferanten, die Dehnungsprofile und Leitfähigkeitsdaten nach dem Formen liefern.

Insert-Spritzguss in der Medizintechnik

In der Medizin ermöglicht Insert-Spritzguss hybride Komponenten: Metallstifte mit biokompatiblem Kunststoff, Implantatbuchsen oder Einwegteile mit Elektronikfunktionen. Der Prozess muss ISO-13485-Normen erfüllen, was volle Validierung und reine Produktionsumgebung bedeutet.

Am häufigsten kommen Einsätze aus chirurgischem Stahl oder Drucksensoren zum Einsatz, als Kunststoff PEEK, PPSU oder LSR. UDI-Identifikation ist erforderlich, daher scannen Roboter und Visionsysteme Codes, und Daten gelangen in eDHR. Der gesamte Prozess wird überwacht – Werkzeugtemperatur-, Nachdrucks- und Positionssensoren werden archiviert und in SPC-Systemen analysiert.

Die Medizintechnik nutzt Insert-Spritzguss auch für Einwegprodukte wie Sicherheitsnadeln oder Infusionssets mit NFC-Chips. Das ermöglicht Chargenverfolgung und Datenintegrität in klinischen Anwendungen. In Reinräumen (ISO 7/8) arbeiten Roboter mit Laminar-Flow zusammen, um Kontaminationen zu vermeiden, und Greiferelemente bestehen aus sterilisierbaren Materialien.

Aufbau und Hauptelemente der Zelle

Die Insert/IME-Zelle umfasst Spritzgießmaschine, Roboter, Einsatzmagazine, Visionsystem, Werkzeug mit Sensoren sowie Hilfsgeräte (z. B. Plasmavorbehandlungsstationen). Tederic Neo-Maschinen bieten Drehplatten, indexierbare bewegliche Platten oder seitliche Einsatzeinführungssysteme. Die Wahl hängt vom Bauteiltyp und der Anzahl der Kavitäten ab.

Elektronische Euromap-Schnittstellen ermöglichen sichere Roboterkommunikation: Handshake-Signale, Positionsbestätigungen und Fehlermeldungen. Damit lassen sich komplexe Sequenzen programmieren: Werkzeugöffnung, Robotereinfahrt, Bildkontrolle, Luftblasen, Werkzeugschluss und Spritzstart.

Zusätzliche Module umfassen Oberflächenvorberechnungsstationen (Plasma, Korona) zur Verbesserung der Haftung von Kunststoff an Folie oder Metall. In manchen Zellen werden auch Geräte zum Auftragen leitfähiger Pasten oder Schutzlacke montiert. Alle können über übergeordnete SCADA-Systeme gesteuert und deren Parameter mit Spritzdaten protokolliert werden.

Robotiksystem und Positionierung

Der Roboter ist das Herz der Insert-Spritzguss-Zelle. Er muss Einsätze mit Toleranzen von ±0,05 mm präzise positionieren. Je nach Anwendung kommen kartesische, SCARA-, Delta- oder anthropomorphe Roboter zum Einsatz. Jeder Greifer verfügt über Anwesenheitssensoren, Vakuumsysteme oder Elektromagnete. Bei Elektronikteilen ist ESD-Schutz essenziell, daher bestehen Greifer aus leitfähigen Materialien.

2D/3D-Visionsysteme prüfen Einsatzorientierung und Folienoberfläche. Bei Fehlern legt der Roboter das Teil in eine Korrektur- oder Ausschussstation. Durch Integration in die Tederic-PLC lassen sich Rezepturen mit Bewegungsparametern, TCP-Punkten und Offsets erstellen. Sequenzen werden im Traceability-Systemgespeichert, was Audits und Linienumrüstungen erleichtert.

In anspruchsvollen Anwendungen sorgen Kraft-/Drehmomentsensoren (Force-Torque) für adaptive Anpressung des Roboters an den Einsatz. Das ist besonders bei spröden Teilen wie keramischen Drucksensoren wichtig. Der Roboter kann auch Zusatzfunktionen übernehmen – z. B. Laser-Schweißen oder Etikettieren –, was die Anzahl der Fertigungsstationen in der Fabrik reduziert.

Werkzeug, Sensoren und Steuerung

Spritzgießwerkzeuge für Insert Molding verfügen über spezielle Kavitäten mit Klemmmechanismen, die den Einsatz stabilisieren. In vereinfachten Lösungen kommen Magnete oder federbelastete Auswerfer zum Einsatz, in fortschrittlichen Systemen hingegen aktive AndrucksSysteme, hydraulisch oder elektrisch gesteuert. Im Werkzeug werden Temperatur-, Druck- und Positionsensoren platziert sowie Visionsysteme zur Überwachung der Einsatzpräsenz.

Bei IME-Projekten weist das Werkzeug Vakuinkanäle auf, die die Folie an die Kavitätsoberfläche anpressen. Ergänzend werden Widerstandssensoren eingesetzt, die überwachen, ob die Leiterbahnen nicht unterbrochen wurden. Die Sensordaten werden an die Maschinensteuerung übertragen und archiviert, was Ursachenanalysen (Root-Cause-Analyse) unterstützt.

Werkzeugkonstrukteure planen zudem Systeme für den schnellen Einsatzwechsel. Dadurch lässt sich innerhalb weniger Stunden die Produktvariante oder die Farbversion ändern. Die Werkzeuge sind mit Mehrfachsteckverbindern für die Sensorversorgung, Heizeinrichtungen und Vakuumsysteme ausgestattet, was Montage und Wartung vereinfacht.

Wichtige technische Parameter

Insert Molding erfordert die Kontrolle zahlreicher Variablen: Einsatztemperatur, Andruckkraft, Einspritzgeschwindigkeit, Druck sowie Kühlzeit. Geringfügige Abweichungen können zu Einsatzverschiebungen, thermischen Brücken oder Rissen führen. Die wichtigsten Kennwerte:

• Einsatztemperatur: 40–120°C je nach Material – beeinflusst Haftung und Spannungen.
• Einsatzandruck: mittels Kraftsensoren überwacht; fehlender Andruck führt zu Kunststoffaustritt.
• Einspritzgeschwindigkeit: abgestimmtes Profil, um Elektronik nicht zu beschädigen.
• Nachdruck: 600–2000 bar; sequentiell gesteuert, insbesondere bei IME.
• Kühlzeit: optimiert für gleichmäßige Wärmeabfuhr vom Einsatz.

Die Tederic Smart-Insert-Systeme analysieren Druckkurven in Echtzeit und vergleichen sie mit Referenzwerten. Bei Abweichungen wird automatisch ein Alarm ausgelöst, der Roboter gestoppt oder das Bauteil zur Nachprüfung markiert. Dadurch sinkt die Ausschussquote um bis zu 30%.

Zudem sollten Umgebungstemperatur und Luftfeuchtigkeit im Einsatzlager überwacht werden – insbesondere bei IME-Folien und elektronischen Bauteilen. Klimadaten können logisch mit Prozessparametern verknüpft werden, um Abweichungen zu erklären. Im HMI-System entstehen Dashboards, die Daten aus Maschinen, Robotern und Teststationen zusammenführen.

Anwendungen von Insert Molding

Die Technologie wird in vielen Branchen eingesetzt:

• Automotive: Steckverbindungen, HMI-Panele, Radargerüste, ADAS-Komponenten.
• Medtech: Implantatbuchsen, Nadeln mit Schutzkappen, chirurgische Instrumente.
• Elektronik: Soft-Touch-Tasten, Touchpanels, Wearable-Module.
• AGD: Bedienpanele, Premium-Drehknöpfe, Dekorativelemente.
• Luftfahrtindustrie: hochfeste Steckverbindungen und Struktursensoren.

In jedem Fall verkürzt Insert Molding die Lieferkette, da das finale Bauteil vollständig montiert die Kavität verlässt. Dies erleichtert Lagerbestandsmanagement, reduziert die Anzahl der Lieferanten und beschleunigt Konstruktionsänderungen.

Im Bereich erneuerbarer Energien dient die Technologie der Herstellung von Sensoren und Steckverbindungen für Windparks oder Energiespeichersysteme. Dank Vibrationsfestigkeit und IP67-Dichtigkeit gewährleistet Insert Molding eine lange Lebensdauer von Komponenten unter harschen Umgebungsbedingungen.

Wie wählt man eine Insert-/IME-Linie aus?

Die Auswahl sollte auf einer Analyse des Produkts, der Stückzahlen und Qualitätsanforderungen basieren. Wichtige Schritte:

• Festlegung des Einsatztyps (Metall, Elektronik, Folien) sowie Montagetoleranzen.
• Auswahl der Spritzgießmaschine (Schließkraft, Anzahl der Einheiten, Drehstationen) und Roboter.
• Konstruktion des Werkzeugs, Greifer und Einsatzmagazine.
• Integration von Visionsystemen, Sensoren sowie Traceability (z. B. UDI, DataMatrix, RFID).
• Prozessvalidierung und SPC-Überwachungsplan.

Tederic bietet Application-Engineering-Workshops an, in denen ein digitaler Zwilling der Kavität erstellt wird. Es werden Roboterttrajektorien simuliert, Zykluszeiten analysiert und Kollisionspunkte identifiziert. Dadurch sinkt das Einführungsrisiko, und die Inbetriebnahme dauert kürzer.

Zudem sollte ein umfassender Validierungsplan erstellt werden, der Werkzeugqualifikation (FOT), Einsatz-Einzeltests, Verbindungsprüfungen und Umwelttests umfasst. Alle Ergebnisse müssen in Qualitätssystemen (ISO 9001, IATF, ISO 13485) erfasst werden, um Transparenz bei Kunden-Audits zu gewährleisten.

Wartung und Instandhaltung

Insert-Zellen erfordern eine integrierte Instandhaltungsstrategie. Greifer müssen sauber gehalten, Visionsysteme kalibriert und Werkzeuge regelmäßig geprüft werden. Kraft- und Temperatursensoren sind zu validieren, um korrekte Daten für Traceability-Systeme zu sichern. In Hochleistungsanlagen werden MTBF/MTTR-Kennwerte eingesetzt und Wartungen basierend auf Daten der Smart-Maintenance-Plattformgeplant.

Roboter und Einsatzmagazine benötigen Schmier- und Reinigungsprozeduren abgestimmt auf die Reinraumklasse. Jeder Komponent erhält eine Wartungskarte, in der Greiferwechsel, Software-Updates und Kalibrierungen protokolliert werden. Dadurch verlaufen IATF/ISO-Audits reibungslos, und Wartungsteams haben die vollständige Historie.

Das Smart-Maintenance-System erzeugt Erinnerungen für die Kalibrierung von Visionskameras, den Austausch von Roboterdämpfern oder Drehstationen-Revisionen. Durch Trendanalysen von Vibrationen lässt sich der Verschleiß von Führungen vorhersagen und Wartungen in kurzen Wochenendstillständen planen.

Zusammenfassung

Insert Molding und IME sind Technologien, die Wertschöpfung aus der Elektromontage direkt in den Spritzgussprozess übertragen. Dank präziser Roboter, intelligenter Werkzeuge und Traceability-Systeme können Unternehmen komplexe Komponenten schneller, kostengünstiger und mit weniger Fehlern produzieren. Die Tederic Neo-Spritzgießmaschinen mit Smart-Insert-Paketen bieten volle Parameterkontrolle, einfache MES-Integration und Skalierbarkeit der Kavitäten.

Die Investition in Insert Molding erfordert eine gute Strategie, amortisiert sich aber durch Reduktion von Montageoperationen, kürzere Lieferzeiten und Qualitätssteigerung. Durch Aufbau eines digitalen Ökosystems um die Kavität – von Robotern bis Datenanalytik – erlangen Unternehmen Wettbewerbsvorteile und können Produkte zu IoT-, E-Mobilitäts- oder Medtech-Trends entwickeln.

Der Erfolgs Schlüsseliegt im kontinuierlichen Verbesserungsprozess: Robotterprogramm-Updates, SPC-Datenanalysen und Teamkompetenzaufbau. Dadurch bleiben Insert-Linien flexibel und bereit für nächste Produktgenerationen – sei es smarte Autokokpits, personalisierte Implantate oder Smart-Home-Geräte.