Maßgeschneiderter Materialmix für Kunststoffoptiken der nächsten Generation

BMBF-Projekt OPTYSIS gestartet: Optische Elemente wie Linsen mit optimalen Abbildungseigenschaften in einer einzelnen Komponente herstellen dank Mehrlagen-Mehrmaterial-Spritzgießprozess.
Ausschnitt einer Autofront, nur ein einzelner Scheinwerfer ist auf dem Bild sichtbar.

Voll-LED Scheinwerfer mit blendfreiem Fernlicht. Bild: Hella KGaA Hueck & Co.

10.07.15

BMBF-Verbundprojekt OPTISYS

Unternehmen der optischen Industrie in Deutschland sind auf dem Weltmarkt technologisch führend. Die Branche sichert nicht nur Arbeitsplätze in Deutschland, sondern beflügelt durch ihre enge Vernetzung mit Zulieferern speziell im Bereich des Automobil- und Maschinenbaus und aufgrund der Schlüsselrolle ihrer Produkte für hochinnovative Produktsparten (optische Systeme, LED-Beleuchtung) Wachstum und Wertschöpfung über Unternehmens- und Branchengrenzen hinaus.

Bei zukünftigen Entwicklungen speziell im Automobilbereich wird es notwendig sein, sich gegenüber internationalen Wettbewerbern durch das Anbieten von komplexen optischen Komponenten mit neuen Funktionalitäten wie z. B. verbesserte Abbildungseigenschaften und Farbechtheit abzugrenzen. Gleichzeitig müssen diese Komponenten speziell für den großen Markt der Mittelklasse-PKWs extrem kostengünstig herstellbar sein.

Transparente Kunststoffe, die im Spritzgießprozess zu optischen Elementen mit integrierten Halterungen verarbeitet werden können, stellen neben Glas inzwischen ein wichtiges Material für die Optikfertigung dar. Um dieses Potenzial weiter zu erschließen, müssen durchgängige, hochproduktive Prozessketten und neue Maßnahmen zur Prozessüberwachung und -simulation für die Optikfertigung erarbeitet werden.

Der Kern der Innovation in dem Projekt OPTISYS besteht in der Erarbeitung eines wirtschaftlichen Mehrlagen-Mehrmaterial-Spritzgießprozesses. Dieser soll die Integration von mehreren, schichtweise aufgetragenen Polymermaterialien mit unterschiedlichen, abbildungswirksamen Eigenschaften und die Ausstattung der Lichtaustrittsflächen mit optisch funktionalen Mikrostrukturen mit hohem Aspektverhältnis (Höhe zu Breite) in einer einzelnen optischen Komponente ermöglichen. Durch den maßgeschneiderten Mix verschiedener Kunststoffe sollen so optische Elemente wie Linsen mit für den jeweiligen Einsatz optimalen Abbildungseigenschaften herstellbar werden.

Dies Zielerreichung soll anhand mit der Fertigung einer Demonstratorkomponente aus dem Automobilbereich nachgewiesen werden. Als Demonstrator ist eine anwendungsnahe, gemäß heutigem Stand der Technik nicht wirtschaftlich im Einschicht-Spritzgießprozess herstellbare, dickwandige Optik vorgesehen. Gleichzeitig sollen die strengen Anforderungen der Automobilbranche bzgl. optischer Performance sowie Umweltbeständigkeit (z. B. UV-Einfluss, Klimabeständigkeit) erfüllt werden.

Der vorgesehene Lösungsweg beinhaltet Design, Simulation und Erarbeitung innovativer Optiken unter Ausnützung der neuen Möglichkeiten, die sich durch die Verwendung von Mehrmaterialsystemen und optisch wirksamen Mikrostrukturen ergeben. Zur Einbringung optisch wirksamer Strukturen in Werkzeugoberflächen sollen neue Bearbeitungsstrategien zur Direktbearbeitung von Freiformflächen erforscht werden.

Neben numerischen Untersuchungen zum Fließ- und Formfüllverhalten von Polymerschmelzen in Kavitäten mit mikrostrukturierten Oberflächen soll am Beispiel der Demonstratorkomponente ein wirtschaftlicher und zuverlässiger Fertigungsprozess erarbeitet werden. Zur Erhöhung der Prozesssicherheit und -effizienz soll darüber hinaus eine On-Line-Qualitätskontrolle entwickelt und in die Prozesskette integriert werden.

Die Übertragbarkeit der erarbeiteten Prozesse auf die Herstellung von Serienprodukten sowie eine zeitnahe Verwertung der Ergebnisse wird durch die Zusammensetzung des Konsortiums, bei der die Firmen, die jeweils einen Teil der gesamten Prozesskette zur Optikfertigung abdecken, sichergestellt.

Das Projekt OPTYSIS („Flexible und ressourceneffiziente Herstellung von Hochleistungsoptiken aus Kunststoff durch integrierte Fertigung von Mehrkomponentensystemen“) ist Anfang Juni 2015 gestartet. Der Verbund wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative „Photonische Prozessketten“ über einen Zeitraum von drei Jahren mit rund 2,38 Millionen Euro gefördert.

Projektpartner

KraussMaffei Technologies GmbH, München
Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik, Freiburg
FWB Kunststofftechnik GmbH, Pirmasens
Kugler GmbH, Salem
Hella KGaA Hueck & Co., Lippstadt
Simcon kunststofftechnische Software GmbH, Würselen

Weitere Informationen

Download Steckbrief BMBF-Verbundprojekt OPTISYS (PDF)

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