Innerhalb des Projekts werden nachstehende Aspekte näher beleuchtet und bearbeitet.

Transkript

1 Zielgruppe Das Projekt spricht Unternehmen aus allen Branchen an, die sich intensiver mit dem Herstellen optischer Bauteile auseinandersetzen, in die Produktion einsteigen wollen oder schon Erfahrungen gesammelt haben. Projektdaten Projektbeginn: Dezember 2009 Projektlaufzeit: 1,5 Jahre Projektkosten: 9.800* *Reisekosten sind im Preis nicht inbegriffen. Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts können zu einem um zehn Prozent ermäßigten Projektbeitrag teilnehmen. Die Rechnungsstellung erfolgt in Teilbeträgen jeweils zum Start des Projekts und nach der Laufzeit von einem Jahr. Informationen Weitere Auskünfte zum Projektinhalt und -ablauf erhalten Interessenten über unsere Internetseite oder sprechen Sie uns direkt an: Dipl.-Ing. Michael Talhof +49 (0) Projektschwerpunkte Innerhalb des Projekts werden nachstehende Aspekte näher beleuchtet und bearbeitet. Einführung in die Optik: Brechung, Brennweite Linsensysteme Chromatische Aberration, Dispersion Grundlagen diffraktiven Strukturen Grundlagenvermittlung LSR: Materialverarbeitung Konstruktionsgrundlagen Simulations- und Werkzeugtechnik Maschinen- und Peripherietechnik Sensorik Praktische Versuche: Einfluss der Verfahrensparameter Untersuchung von diffraktiven Strukturen Einfluss der Werkzeugtemperierung Während des ersten Projekttreffens erfolgt eine Gewichtung der geplanten Projektschwerpunkte durch die Projektteilnehmer, anhand derer die endgültigen definiert werden. Projektpartner: Verbundprojekt Quelle: Momentive Performance Materials GmbH Dipl.-Ing. Matthias Militsch +49 (0) Prof. Dr.-Ing. Andreas Ujma +49 (0) Kunststoff-Institut für die mittelständische Wirtschaft NRW GmbH (K.I.M.W.) Karolinenstraße Lüdenscheid Tel.: +49 (0) Fax: +49 (0) mail@kunststoff-institut.de 2. Projekt Optische Technologien Silikon vs. Thermoplast

2 Inhalte Präzisionsoptik aus einem Silikon oder doch aus einem Thermoplast? Vorangegangene Projekte und praktische Untersuchungen zeigen, dass Präzisionsoptiken aus thermoplastischen Kunststoffen wie beispielsweise PC oder PMMA in sehr hoher Qualität und Präzision herstellbar sind. Ferner werden an zukunftsweisenden Anwendungen für optische Bauteile, Anforderungen hinsichtlich hoher Temperaturbeständigkeit, Spannungsfreiheit und der Integration von Funktionselementen, wie beispielsweise Positionierhilfen und Befestigungselementen, gestellt. Weiterhin entstehen durch aktuelle Rohstoffentwicklungen weitere mögliche Materialalternativen für die Herstellung optischer Bauteile. Es handelt sich hierbei z.b. um die hochtransparenten Flüssigsilikone (LSR). Die Idee, Linsen aus einem Elastomer herzustellen, klingt zunächst ein wenig ungewöhnlich, da dieser Markt traditionell von festen Werkstoffen geprägt ist. Jedoch sprechen Fakten wie Transparenz, keine zu erwartenden Spannungsrisse und die Möglichkeit, komplexe Geometrien (sogar mit Hinterschnitten) wirtschaftlich fertigen zu können, klar für das große Potenzial von hochtransparenten LSR im Bereich zukünftiger optischer Systeme. Optische Technologien II Quelle: Momentive Performance Materials GmbH Das Kunststoff-Institut Lüdenscheid bietet gemeinsam mit der Iserlohner Kunststofftechnologie GmbH (ISK) und dem Kunststoffverarbeitungslabor 1 der Fachhochschule Südwestfalen die Teilnahme an dem Firmengemeinschaftsprojekt Optische Technologien II an. Eine Aufgabe im Rahmen des Firmenverbundprojekts wird sein, die beiden Werkstoffgruppen Thermoplaste und Silikone zu vergleichen. Neben den verfahrens- und werkzeugtechnischen Anforderungen an dem Prozess und den Materialien wird im Projekt z.b. die Abformung von diffraktiven Strukturen untersucht. Die Integration von Mikro- und Nanostrukturen in optische Bauteile entspricht genau der derzeitigen Marktanforderung. Durch diffraktive Strukturen können nicht nur innovative Lichtfunktionen realisiert, sondern auch die Konstruktion von optischen Bauteilen grundsätzlich verändert werden. Die hierbei verwendeten Strukturen befinden sich in der Größen- ordnung zwischen 500 und 1500 nm. Zielsetzung und Nutzen Im Rahmen des Projekts Optische Technologien II sollen die Anforderungen und verschiedenen Einflussgrößen an bzw. auf den Fertigungsprozess von optischen Bauteilen untersucht und bewertet werden. Ferner werden im Rahmen des Projekts die Grundlagen der Optik und der LSR-Verarbeitung vermittelt. Hierbei bietet sich gerade Neueinsteigern die Möglichkeit, nicht nur dem Thema Silikon-Verarbeitung zu begegnen, sondern auch in der Lage zu sein höchstpräzise optische Bauteile zu fertigen. Weiterhin wird ein Projektschwerpunkt die Untersuchung von diffraktiven Strukturen sein. Hier gilt es die werkzeugseitigen und prozessseitigen Grenzen und Möglichkeiten der Werkstoffe hinsichtlich ihrer Eignung zur Abformung von diffraktiven Strukturen zu ermitteln und zu bewerten. Leistungen für die Projektteilnehmer Praktische Versuche mit einem Spritzgießwerkzeug für optische Bauteile Zwei bis drei Projekttreffen und Seminare pro Jahr für ein bis zwei Personen pro Unternehmen (Teilnehmer können wechseln) Gemeinschaftsuntersuchungen zu den n Zugang zum geschützten Bereich Elektronischer Leitfaden zu den Ergebnissen Für die Projektteilnehmer wird exklusiv ein geschützter Bereich im Internet, zum jederzeitigen Abrufen aller Protokolle, Informationen, Ausarbeitungen etc., zur Verfügung gestellt. Die Korrespondenz mit den Projektfirmen erfolgt überwiegend per EDV.

3 Verbundprojekt Optische Technologien 2 Optische Technologien 2 Kontakt: Kunststoff-Institut Lüdenscheid Karolinenstr Lüdenscheid Dipl.-Ing. Michael Talhof +49 (0) talhof@kunststoff-institut.de Optische Technologien in der Kunststofftechnik Die Optischen Technologien werden als die Schlüsseltechnologien des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Weltweit wird ein Produktionsvolumen, im Gesamtsektor von ca. 439 Mrd. Euro erreicht. Überproportionale Wachstumschancen für die Kunststoffindustrie Substitution von Glaswerkstoffen Entwicklung innovativer Optiken

4 Anwendungen für optische Bauteile aus Kunststoff Informations- und Kommunikationstechnik Mikrolinsenarrays in großflächigen Bildschirmen Displays für TV und in Digitalkameras Optische Laufwerke Lichttechnik LED-Beleuchtung in Gebäuden, Innenräume, Bewegungsmelder, Quelle: Bayer MaterialScience Anwendungen für optische Bauteile aus Kunststoff Life Science Mikrostrukturen, optische Biosensoren, Laserdentaltechnik Prozess-Technik Lichtschranken, optische Sensoren, Scanner, optische Prozessüberwachung Automobilbau Regensensoren, Head-Up-Displays, LED- Innenraumbeleuchtung, LED-Scheinwerfer Head-Up-Display. Quelle: BMW Quelle: ViaOptic

5 Kunststoffe für optische Bauteile Vorteile von Kunststoffen gegenüber Glaswerkstoffen Niedrige Fertigungskosten bei Mengen-/ Massenproduktion Geringes Gewicht Hohe Schlag- und Bruchfestigkeit Design-Flexibilität Integration von Funktionselementen in einem Fertigungsschritt Befestigungselemente Positionierungselemente Automatisierte Herstellung kompletter Baugruppen Kunststoffe für optische Bauteile Nachteile von Kunststoffen gegenüber Glaswerkstoffen Relativ geringe Temperaturbeständigkeit Geringe Wärmeleitfähigkeit Wärmeausdehnung 10- bis 100 mal größer im Vergleich zu Glas Begrenzte chemische und mechanische Stabilität Einfluss von Herstellungs- und Lagerbedingungen Wasseraufnahme

6 Herstellung optischer Bauteile aus Kunststoff Herausforderung Spritzguss optischer Bauteile Die Herstellung einer Präzisionsoptik aus Kunststoff erfordert ein Höchstmaß an Präzision und stellt höchste Ansprüche an die gesamte Fertigungs- und Prozesskette Material Werkzeugtechnik Verfahrenstechnik Peripherie Nachbearbeitung Produktionsumgebung Optische Technologien 1

7 Optische Technologien 1 Auslegung und Konstruktion eines optischen Bauteils Konstruktion und Bau eines Spritzgießwerkzeugs Projektuntersuchungen Vergleich von Fertigungstechnologien zur Herstellung optischer Bauteile Spritzgießen Spritzprägen (Maschine, Hydraulik) Einfluss der Werkzeugtemperierung auf die Qualität optischer Bauteile (variotherm, konturnah, konventionell) Untersuchung und Vergleich von manuell- und diamantzerspannten Hochglanzoberflächen Untersuchung der Abformung von Mikrostrukturen Optische Technologien 1 Versuchsoptik Linsenflächen (gelb) Reflektorflächen (rot) Befestigungselemente Positionierelemente

8 Optische Technologien 1 Funktionsprinzip Versuchsoptik Linse 2 mal Lichtbrechung Linse + Reflektor Lichtbrechung Totalreflexion innen Brechung Linse + Reflektor (optional beschichtet) 2 mal Brechung Reflektion außen Optische Technologien 1 Wanddickenverteilung Versuchsoptik min. = 1,7 mm max. = 9 mm Anbindung 2,5 mm 9 mm 1,7 mm

9 Optische Technologien 1 Versuchswerkzeug Untersuchungsmöglichkeiten: Spritzgießen-/ Spritzprägen eines optischen Bauteils Spritzprägen über die Schließbewegung der Aufspannplatte der Spritzgießmaschine Spritzprägen über hydraulisch betätigte Kernzüge Optional kann das Angussystem über hydraulische Kernzüge verschlossen werden. Optische Technologien 1 Vergleich von Oberflächenpolituren Manuelle Politur Diamantzerspanter Werkzeugeinsatz Stahl Stahl beschichtet mit chemisch Nickel

10 Optische Technologien 1 Funktionsprüfung / Optische Bank Aufnahme der Optik Optische Technologien 1 Funktionsprüfung / Auswertung der Lichtverteilung

11 Optische Technologien 1 Vergleich der Fertigungsverfahren Spritzgießen / Spritzprägen am Beispiel der Versuchsoptik Spritzgießen Spritzprägen Einfallstelle Verbundprojekt Optische Technologien 2 Projektziele und Inhalte Optische Technologien 2

12 Projektziele und -inhalte Einführung in die Grundlagen der Optik Begriffsdefinition Brechungsgesetz Linsensysteme Chromatische Aberration Transmission Interferenz Erstellung eines Glossars mit den wichtigsten optischen Begriffen und Erläuterungen Projektziele und -inhalte Grundlagenvermittlung LSR Materialverarbeitung Konstruktionsgrundlagen Simulations- und Werkzeugtechnik Maschinen- und Peripherietechnik Verfahrenstechnik Sensorik Werkstoffvergleich Vergleich von thermoplastischen Werkstoffen mit elastomeren Werkstoffen (LSR) für den Spritzguss optischer Bauteile Ermittlung von optischen Kennwerten

13 Projektziele und -inhalte Formteile aus LSR bieten ausgezeichnete Lichtdurchlässigkeit: 95% (2mm) optisch isotrope Eigenschaften, keine Doppelbrechung hohe Bruchdehnung bis zu 380% hervorragende UV- and Ozonbeständigkeit sehr gute Beständigkeit gegen hohe Temperaturen Projektziele und -inhalte LSR im Spritzgießprozess Quelle: Momentive Performance Materials GmbH sehr kurze Zykluszeiten im Vergleich zum Thermoplast keine Alterungserscheinungen im Spritzgießzylinder Spritzgießen mit Kaltkanaltechnologie, kein Angussabfall leichte Entformbarkeit auch schwieriger Strukturen und Hinterschneidungen Mögliche Anwendungen Lichtleiter Optische Linsen Quelle: Momentive Performance Materials GmbH

14 Projektziele und -inhalte Untersuchung von diffraktiven Strukturen Mit diffraktiven optischen Strukturen (DOEs) werden Lichtstrahlen durch Beugungseffekte an Gitterstrukturen gezielt geformt. Dieser Effekt wird bei den diffraktiven Strukturen durch eine Mikrostruktur im Bereich der Lichtwellenlänge erreicht. Dadurch können beispielsweise optische Bauteile extrem dünnwandig konstruiert werden. Quelle: Laser-Laboratorium Göttingen e.v. Optische Technologien 2 Grundlagen und Untersuchung von diffraktiven Strukturen Auslegung und Simulation von diffraktiven Strukturen Herstellungsverfahren Abformung der Nanostrukturen im Spritzgieß- / Spritzprägeprozess Einfluss der Verfahrensparameter auf die Funktion der diffraktiven Strukturen Einfluss der Werkzeugtemperierung Messtechnik für Optiken mit Nanostrukturen Recherche und Untersuchungen zur Konservierung, Schutz und Nachhaltigkeit der Lichtfunktion, realisiert durch diffraktive Elemente

15 Projektziele und -inhalte Vorteile von diffraktiven optischen Elementen Soll die Korrektur von Abbildungsfehlern durch klassische Optiken erfolgen, bedarf es häufig einer Vielzahl von Linsen Korrekturen über ein einzelnes diffraktives Element Hierdurch können kompakte Systeme kostengünstig und Gewicht sparend realisiert werden. Quelle: Canon Japan Projektziele und -inhalte Anwendungsgebiete CD / DVD Leseköpfe Miniaturisierte Objektive (Mobiltelefon) flache Beleuchtungsund Projektionsoptiken Head-Up-Display Entspiegelung von optischen Bauteilen Quelle: Canon Japan

16 Projektleistungen Praktische Versuche mit einem Spritzgießwerkzeug für optische Bauteile Zwei bis drei Projekttreffen und Seminare pro Jahr für ein bis zwei Personen pro Unternehmen Gemeinschaftsuntersuchungen zu den n Zugang zum geschützten Bereich Elektronischer Leitfaden zu den Ergebnissen Projektdaten Projektbeginn: Dezember 2009 Projektlaufzeit: 1,5 Jahre Projektkosten: 9.800/Jahr Mitgeltende Unterlagen Allg. Geschäftsbedingungen Projekt-Flyer Projektvereinbarung

17 Projektansprechpartner Dipl.-Ing. Michael Talhof Bereichsleiter Verfahrenstechnik Tel.: +49 (0) 2351 / talhof@kunststoff-institut.de Dipl.-Ing. Matthias Militsch Iserlohner Kunststoff-Technol ogie Gm bh (ISK) Tel.: +49 (0) 2351 / matthias.militsch@isk-ise rlo hn.de Sandra Wagner Verkauf/ Projektorganisation Tel.: +49 (0) wa g ne r@ku nsts to ff-institut.de Herzlichen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

18 Kunststoff-Institut Lüdenscheid Frau Sandra Wagner Karolinenstr Lüdenscheid per Fax: +49. (0) Anmeldung zum Projekt: Projekt Optische Technologien 2 Hiermit bestätigen wir verbindlich unseren Wunsch der Teilnahme an dem Projekt Titel / Bezeichnung: Optische Technologien 2 Projektnummer:. 960 Projektleiter:. Dipl.-Ing Michael Talhof Projektkosten: ,00 Laufzeit: 1,5 Jahre Projektstart:. Dezember 2009 Mitgeltende Unterlagen:. Allg. Geschäftsbedingungen, Projektflyer und Projektvereinbarung *Mitgliedsfirmen der Trägergesellschaft des Kunststoff-Instituts Lüdenscheid erhalten einen um 10 % ermäßigten Projektbeitrag. Unsere Einkaufsbestell-Nr. lautet: Wir reichen unsere Einkaufsbestell-Nr. nach Die Einkaufsbestell-Nr. muss spätestens nach Ablauf von zwei Wochen nachgereicht werden! Sollte nach Ablauf der Frist noch keine Bestell-Nr. vorliegen erfolgt die Rechnungsstellung ohne diese Angabe. Firma Straße PLZ Ort Telefon Telefax Folgende Personen nehmen voraussichtlich teil: Durchwahl: / 1. / 2. / Datum Rechtsverbindliche Unterschrift / Stempel