Untersuchungen zur Herstellung achromatischer Linsen durch Verbundspritzprägen transparenter Kunststoffe
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In optischen Anwendungen sind transparente Kunststoffe weit verbreitet. Aufgrund ihrer hohen Abhängigkeit des Brechungsindizes von der Temperatur, prozessbedingt schwankenden Brechungsindizes sowie einer hohen Dispersion der Materialien, kommt es bei Fokussierlinsen zu einer unterschiedlichen Fokuslage für verschiedene Wellenlängen. Der hierdurch entstehende Abbildungsfehler, die sogenannte chromatischen Aberration, stellt eine Limitation bei der Anwendung für bildgebende Optiken dar. Im Rahmen des Projektes wurde die Kombination von zwei Linsen aus Kunststoffen mit unterschiedlicher Dispersion im Verbundspritzprägen zu einem Achromaten untersucht, mit dem der Abbildungsfehler reduziert werden kann. Als Basis wurde ein tiefgreifendes Materialverständnis mit Fokus auf dem pvT-Verhalten und thermomechanischen Verhalten für verschiedene Prozessabläufe aufgebaut. Mittels des erlangten Prozessverständnisses konnte, in Kombination mit Modellversuchen und einer umfassenden Bauteilanalyse, eine allgemeine Prozessempfehlung abgeleitet werden. Für beste optische Eigenschaften ist dynamisch temperierter Spritzprägeprozess zu nutzen, bei dem die Schwindung der Komponenten durch die richtige Wahl des Spritzprägedruckes kompensiert wird. Dabei ist der Prozess isochor zu führen, da sich hiermit innere Spannungen im Bauteil auf ein Minimum reduzieren lassen. Entscheidend für den Verbund ist hierbei die Kontakttemperatur in der Grenzfläche zwischen den beiden Komponenten. Hierbei wurde ein Zielkonflikt zwischen guten optischen Eigenschaften und der Verbundintegrität im Rahmen des Forschungsprojektes herausgearbeitet. Eine Limitation in der abgeleiteten Prozessführung stellt die Notwendigkeit einer Angleichszeit, die zur Homogenisierung der Massetemperatur des vollständigen Kavitätvolumens auf die Temperatur des dynamisch temperierten Werkzeuges dient, bei der Fertigung der 1. Komponente dar. Zur signifikanten Reduktion dieser Einschränkung wurde zusätzlich punktuell der Einsatz von Treibmitteln zur Reduktion der Massetemperatur bei der Formfüllung untersucht, der sich als vorteilhaft im Hinblick auf wirtschaftliche Zykluszeiten erwiesen hat.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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High-Precision Thin-Walled Parts by Injection-Compression Molding with Dynamic Mold Temperature Control Seventh International Symposium Frontiers in Polymer Science. 2023 (Sweden)
Roth, B. & Drummer, D.
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Improving the optical properties of achromatic lenses due to the process conditions Scholars 2nd Edition International Conference on Optics, Lasers and Photonics. 2023 (London)
Natale, R. & Drummer, D.
