IKV: Spritzgießen dickwandiger optischer Komponenten

Präzise Werkzeugtechnik für optische Komponenten - (Bild: IKV).

Optische Komponenten aus Kunststoff bieten für viele Anwendungen einen adäquaten Ersatz für konventionelle Glaslinsen. Insbesondere in modernen Anwendungen mit LED-Lichtquellen kommen verstärkt Vorsatzlinsen aus thermoplastischen Kunststoffen zum Einsatz. Eine hohe Designfreiheit und das geringe Gewicht gelten als weitere technologische Vorteile.

Neben der technischen Herausforderung bei der Abformung dickwandiger optischer Komponenten aus Kunststoff liegt derzeit der Fokus auf einer wirtschaftlichen Herstellung von Bauteilen. Optische Komponenten weisen oft große Bauteildicken sowie hohe Wanddickenunterschiede auf, um die gewünschte optische Funktion zu erfüllen. Die resultierende Zykluszeit von dickwandigen Linsen mit Bauteildicken zwischen 20 bis 30 mm liegt für eine qualitativ hochwertige Herstellung im Bereich von 15 - 20 Minuten.

„Multilayer-Spritzgießen erhöht Wirtschaftlichkeit durch reduzierte Zykluszeit“
Das Institut für Kunststoffverarbeitung (IKV) verfolgt nun den Ansatz, dickwandige Linsen in einem schichtweisen Aufbau zu produzieren. Dadurch lassen sich Zykluszeiten verkürzen und die Produktion wird deutlich wirtschaftlicher. Beim schichtweisen Aufbau wird zunächst ein Vorspritzling hergestellt, der anschließend umspritzt wird. Dabei lässt sich beobachten, dass die Summe der einzelnen Kühlzeiten geringer ist als bei der einstufigen Herstellung des Bauteils in seiner Endkontur. Begründet ist dies dadurch, dass die Wanddicke quadratisch in die Kühlzeit eingeht.

Das IKV untersucht in einem öffentlich geförderten Forschungsprojekt das Multilayer-Spritzgießen optischer Komponenten grundlegend. Einflüsse der Grenzschicht auf die Abformgenauigkeit und die optischen Eigenschaften sowie die Haftung bei der schichtweisen Herstellung dickwandiger optischer Komponenten stehen im Fokus der Untersuchungen.

Im ersten Schritt wurde eine großserientaugliche Werkzeugtechnik realisiert. Damit erfolgt eine Herstellung mehrschichtiger Optiken aus „erster Wärme“, und zwar ohne Verschmutzung der Vorspritzlinge sowie mit optimaler Haftung an den Grenzschichten. Die Core-Back-Technik und eine auf transparente Kunststoffe angepasster Heißkanal ermöglichen dies. In ersten Untersuchungen konnte bereits gezeigt werden, dass durch eine schichtweise Herstellung einer dickwandigen Linse die Zykluszeit um bis zu 30 Prozent sinkt, bei gleichzeitig guten optischen Eigenschaften und optimaler Haftung ohne Grenzflächeneinfluss.

Dieses Verfahren wird auf dem 27. Internationalen Kolloquium Kunststofftechnik am 19. Und 20. März 2014 unter dem Programmpunkt IKV 360° an der laufenden Anlage präsentiert.

Weitere Informationen: www.ikv-kolloquium.de, www.ikv-aachen.de

27. Internationales Kolloquium Kunststofftechnik, 19.-20.03.2014, Aachen

Institut für Kunststoffverarbeitung, Aachen

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