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2009
Journal Article
Titel
Mehrschrittiges Mikroheißprägen
Titel Supplements
Mikrostrukturierung optischer Komponenten mittels adaptiver Prägetechnologie
Alternative
Flexible production of complex micro structures using adaptive embossing technology
Abstract
Der Einsatz von LEDs (Light Emmiting Diodes) als Leuchtmittel erfordert zur Lichtleitung und Lichtverteilung die Verwendung geeigneter Optiken, weil die Lichtausbeute, die mit einem solchen Leuchtsystem erzielt werden kann, nicht nur von der Leuchtmitteleffizienz, sondern auch von der Effizienz der nachgeschalteten Optik auf der Basis optisch funktionaler Oberflächen abhängt. Ein ganzheitlicher Forschungsansatz, der Formenbau und Massenreplikation einschließt, nutzt die Technologie des adaptiven Heißprägens als neues Fertigungsverfahren für großflächige mikrostrukturierte Komponenten. Bei dem Heißprägeprozess in mehreren Schritten trägt ein Werkzeug eine Elementarstruktur, die mehrfach positioniert und in ein Kunststoffsubstrat abgeformt wird. Prinzipiell setzt sich der Prägeprozess aus folgenden fünf Schritten zusammen: (1) Einwechseln des Prägewerkzeugs aus einem Magazin, (2) Erhitzen des Werkzeugs, (3) Positionierung des Prägekopfs, (4) Einprägen der Werkzeugstruktur in die Substratoberfläche und (5) Anfahren der nächsten Prägeposition durch die Maschinenachsen. Der Prozess erfordert ein hochgenaues Maschinensystem, das die jeweilige Prägeinheit relativ zu dem Kunststoffsubstrat positioniert. Die strukturierte Werkzeugfläche der Prägeeinheit wird dann an verschiedenen Positionen in die ebene Substratoberfläche eingebracht, wobei die Fläche des Substrats um ein Vielfaches größer ist, als die Werkzeugfläche. Die erhitzte Werkzeuggeometrie der Prägeeinheit wird mit kontrollierter Kraft eingepresst und abgeprägt. In Abhängigkeit der Geometrie der aktiven Prägefläche variiert die Größe der Werkzeugkantenlänge zwischen 50 Mikrometer und 500 Mikrometer. Zur Herstellung der Prägewerkzeuge werden überwiegend spanende Fertigungsverfahren wie Diamantdrehen und -fräsen, aber auch lithographische Verfahren verwendet. Der Prägekopf setzt sich aus folgenden fünf Hauptmodulen zusammen: (1) Strukturiertes Heißprägewerkzeug einschließlich Werkzeugschnittstelle, (2) System zur Temperierung des Werkzeuges und Erhitzung des Substrats, (3) Kraftsensorik und Regeleinheit, (4) lineare hochdynamische Achse für den Prägeprozess und (5) rotative Achse zur Drehpositionierung der Prägefläche.