IKV-Kolloquium

Multilayer-Spritzgießen dickwandiger optischer Komponenten

Optische Komponenten verlangen nicht nur eine präzise Werkzeugtechnik, sondern auch angepasster Prozesse um Kosten und Qualität zu beherrschen.

Während des 27.  Internationalen Kolloquiums Kunststofftechnik wird das Multilayer-Spritzgießen mit seinen drastisch verkürzten Zykluszeiten unter dem Programmpunkt IKV 360° an der laufenden Anlage präsentiert.

Optische Komponenten aus Kunststoff bieten in verschiedenen Anwendungen einen adäquaten Ersatz für konventionelle Glaslinsen. Besondere in modernen Anwendungen mit LED-Lichtquellen kommen verstärkt Vorsatzlinsen aus thermoplastischen Kunststoffen zum Einsatz. Hohe Designfreiheit und geringes Gewicht gelten als weitere technologische Vorteile.

Neben der technischen Herausforderung bei der Abformung dickwandiger optischer Komponenten aus Kunststoff liegt derzeit der Fokus auf der Kostensenkung der Produktion. Optische Komponenten weisen oft hohe Bauteildicken und Wanddickenunterschiede auf. Die Zykluszeit dickwandiger Linsen mit Bauteildicken zwischen 20 bis 30 Millimeter liegt bei eine qualitativ hochwertigen Herstellung im Bereich von 15 bis 20 Minuten.

Das IKV verfolgt den Ansatz, dickwandige Linsen in einem schichtweisen Aufbau zu produzieren. Dadurch sollen die Zykluszeiten sinken und die Produktion deutlich wirtschaftlicher werden. 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. Der Grund ist Spritzgießern bekannt: Die Wanddicke geht quadratisch in die Kühlzeit ein.

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Das IKV untersucht in einem öffentlich geförderten Forschungsprojekt das Multilayer-Spritzgießen optischer Komponenten grundlegend. Einflüsse der Grenzschicht auf die Abformgenauigkeit und 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 geschieht die 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 wurde nach Institutsangaben bereits gezeigt, dass durch schichtweisen Aufbau einer dickwandigen Linse die Zykluszeit um bis zu 30 Prozent sinkt, bei gleichzeitig guten optischen Eigenschaften und optimaler Haftung ohne Grenzflächeneinfluss.

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