Präzisionsspritzgießen/Optik/Werkzeugtechnik Precision injection

 Präzisionsspritzgießen/Optik/Werkzeugtechnik
Precision injection moulding/optics/mould technology
Im Bereich des Spritzgießens von optischen Bauteilen
und von Präzisionsanwendungen bildet das IKV die
gesamte Prozesskette ab. Es werden sowohl die
Werkzeug- und Prozesstechnik als auch Analysemethoden optimiert und entwickelt. Dies wird durch
die Simulation von Präzisionsanwendungen, wie
beispielsweise optische Komponenten oder Mikrostrukturen auf Kunststoffbauteilen, begleitet.
IKV’s research covers the entire process chain in the
field of optical parts made by injection moulding and
precision applications. Mould and process
technologies as well as analysis methods are
developed and optimised. This is accompanied by
the simulation of precision applications, for example
for optical components or microstructured plastics
parts.
Advanced PartSim
In dem laufenden AiF-Cornet-Projekt „Advanced
PartSim“ entwickelt das IKV gemeinsam mit europäischen Partnern neue Methoden zum Einsatz der
Simulation im Produktentwicklungsprozess von
Spritzgießbauteilen. Advanced PartSim steht für
„Advanced simulation methods for part and process
development of complex injection moulded plastic
parts tailored for SMEs“ und zielt darauf, insbesondere klein- und mittelständischen Unternehmen Simulationsmethoden so an die Hand zu geben, dass sie
für diese Zielgruppe leicht nutzbar sind (Bild 1).
Dabei kommt der Lebensdauerabschätzung kurzglasfaserverstärkter Thermoplaste sowie dem ReverseEngineering-Ansatz zur Abschätzung typischer Spritzgießfehler in der Simulation eine besondere Bedeutung zu. Zudem soll die Auslegung eines robusten
Spritzgießprozesses durch die Abbildung des
Prozesses in einem statistischen Versuchsplan bereits
in der Simulationsphase möglich werden. Dazu
werden Effekte auf die Bauteilqualität und ihre
Zusammenhänge bereits im Simulationsstatus vor der
Werkzeugherstellung abgeschätzt. Dies ermöglicht
es, spätere Iterationsschleifen bei der Werkzeug-
Advanced PartSim
In the current AiF Cornet project ”Advanced PartSim”,
new methods on the use of simulation in the product
development process of injection moulded parts are
being developed by IKV in cooperation with
European partners. Advanced PartSim stands for
”Advanced simulation methods for part and process
development of complex injection moulded plastic
parts tailored for SMEs”, and aims to provide
easy-to-use simulation methods for small and
medium-sized enterprises (Figure 1). In this respect,
the lifetime prediction of glass-fibre reinforced
thermoplastics as well as reverse-engineering
approaches to estimate typical injection moulding
failures by simulation methods are of particular
importance. Moreover, the design of a robust
injection moulding process is to be achieved
during the simulation stage by employing a
statistical experimental design. For this purpose,
effects on the part quality and their relations were
estimated before the mould production at the
simulation stage. This allows iteration loops in the
mould production to be reduced and the process
set-up-time to be shortened.
Advanced PartSim für robuste Prozesse (Bild 1)
Advanced PartSim for robust processes (Figure 1)
Robuste
Prozessparameter/
Robust process
parameter
Bauteil/Part
Computer
Versuchsplan/
DoE
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Automatisierte
Simulation/
Automated
simulation
Modellbildung/
Modelling
Optimierung/
Optimisation
IKV Jahresbericht/Annual Report 2012
herstellung einzusparen und die Einrichtzeit der
Prozesse zu verkürzen.
Kunststofflinsen mit minimiertem Zentrierfehler
Um die optischen Eigenschaften von Kunststofflinsen
weiter zu steigern, wurde im transregionalen Sonderforschungsbereich SFB/TR4 die Replikation komplexer optischer Komponenten analysiert. Dabei wird
eine innovative Werkzeugtechnik entwickelt, die
mithilfe von integrierten Piezo-Aktuatoren den optischen Formeinsatz von Schuss zu Schuss in die
gewünschte Position bewegt (Bild 2). Die mikrometergenaue Justage der optischen Flächen ermöglicht die Minimierung des Zentrierfehlers der Einzellinsen bereits bei der Herstellung. Eine Übertragung
der Erkenntnisse auf die Herstellung von Freiformlinsen und die Nutzung dieser Potenziale für die
industrielle Herstellung optischer Komponenten ist
Gegenstand aktueller Forschungs- und Entwicklungsvorhaben.
Schichtweise Herstellung dickwandiger
optischer Komponenten
Die Herstellung dickwandiger optischer Komponenten aus Kunststoff im Spritzgießverfahren erfordert
oftmals eine lange Zykluszeit, um die geforderte
Präzision zu erreichen. Durch eine schichtweise
Herstellung der optischen Komponenten kann die
Zykluszeit um bis zu 30 Prozent gesenkt werden.
Dafür wurde im Jahr 2012 am IKV eine angepasste
Werkzeugtechnik für das Multilayer-Spritzgießen
entwickelt. Ziel der Werkzeugkonzeption ist es zum
einen, unterschiedliche Schichtdicken der Linsen zu
Plastics lenses with minimised centring error
The trans-regional collaborative research centre
SFB/TR4 has analysed the replication of complex
optical components to further enhance the optical
properties of plastics lenses. An innovative mould
technology has been developed that is capable of
moving an optical mould insert in every cycle into a
desired position. This movement is realised by
integrated piezo actuators (Figure 2). Alignment of
the optical surfaces with micrometer precision allows
the centring error of every single lens to be minimised
before its production. A transfer of knowledge
towards the production of free-form lenses and the
use of this potential for the industrial production of
optical components is the subject of current research
and development projects.
Layered production of thick-walled
optical components
The production of thick-walled optical plastics
components often requires long cycle times to achieve
the necessary precision. By using a layered production
of optical components, the cycle time can be reduced
by up to 30 %. For this purpose, a special mould
technology for multilayer injection moulding was
developed at IKV in 2012. The main goals are to
achieve different layer thicknesses and to allow one or
two-sided overmoulding. Moreover, the pre-moulded
part should not come into contact with the environment
in order to avoid cooling and contamination.
According to the principle of the core-back mould
technology known from the multi-component technique,
the mould is equipped with integrated hydraulic cores
Justagewerkzeug mit integrierten Piezo-Aktuatoren (Bild 2)
Alignment mould with integrated piezo actuators (Figure 2)
optischer
Formeinsatz/
Optical inserts
x-y-Verstelleinheit/
x-y-adjustment unit
Feder/
Coil spring
Piezo-Aktuator/
Piezo-actuators
Führung/
Pillar guides
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