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Piezobasierte Werkzeugtechnologie zur replikativen Herstellung abbildender Mikrooptiken aus Kunststoff

 
: Meiers, Bernd

Aachen: Apprimus-Verlag, 2020, 182 S.
Zugl.: Aachen, TH, Diss., 2019
Ergebnisse aus der Produktionstechnik, 2019,51
ISBN: 978-3-86359-803-7
Deutsch
Dissertation
Fraunhofer IPT ()

Abstract
Mikrooptische Komponenten aus Kunststoff kommen bereits heute in einem breit gestreuten Anwendungsspektrum zum Einsatz: Von hochauflösenden Kamerasystemen in der Medizin- und Konsumgüterbranche bis hin zu optoelektronischen Sensoren der industriellen Messtechnik. Das Spritzgussverfahren verspricht bei großen Stückzahlen eine wirtschaftliche Fertigung von Kunststoff-Mikrooptiken. Unter Berücksichtigung der Herausforderungen einer zunehmenden Miniaturisierung und steigenden Toleranzanforderungen fehlt es jedoch bei der Überführung der zugehörigen Werkzeug- und Prozesstechnologie in den Mikromaßstab an einem Ansatz, um die Replikationsqualität hochpräziser Kunststoff-Mikrooptiken weiter zu steigern. Die vorliegende Dissertation leistet einen Beitrag zur Reduzierung schwindungsbedingter Formab weichungen von Mikrooptiken und zur Steigerung der Reproduzierbarkeit im Spritzprägeverfahren, indem ein hochpräzises, aktorbasiertes Mikrospritzprägewerkzeug entwickelt und die zugehörige Prozesstechnik validiert wird. Zu Beginn der Arbeit werden die prozess- und werkzeugseitigen Einflussfaktoren auf die Replikationsqualität von Mikrooptiken mit Hilfe einer simulationsgestützten Analyse erfasst. Daraus abgeleitet kann das Potential des Mikrospritzprägeverfahrens zur Steigerung der Formhaltigkeit im Vergleich zum konventionellen Spritgießen aufgezeigt werden. Es wird eine Methodik erarbeitet, die es ermöglicht, über eine hochsteife Verstelleinheit die Mikroformeinsätze innerhalb der Werkzeugkavitäten beschädigungsfrei und reproduzierbar zum Prägen der Kunststoff-Mikrooptik einzusetzen. Di e hierzu vorgesehene werkzeugseitige Integration eines aktorbasierten Mikroprägesystems erfordert die Untersuchung des Verformungsverhaltens der mechanischen Werkzeugkomponenten unter Berücksichtigung der wirkenden Prozesskräfte. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen erfolgt anschließend die systematische Konzeptionierung eines optimierten Werkzeugaufbaus, inklusive der Integration des Mikroprägesystems und zugehöriger Sensorik. Es folgt die Qualifizierung des Mikrospritz-prägewerkzeugs anhand einer definierten Demonstrator-Mikrooptik und der Vermessung spezifizierter Formtoleranzen. Abschließend erfolgen eingehende prozesstechnologische Analysen und anwendungsbezogene Untersuchungen zum gesamten Mikrospritzprägeprozess, um das derzeit vorhandene Prozesswissen zu ergänzen und einen W issenstransfer auf den realen Anwendungsfall zu erbringen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-574718.html