Ziel der Entwicklung
Für Funktionsbauteile mit optischen und mikrooptischen Komponenten gibt es heute vielfältige Anwendungsgebiete in nahezu allen Bereichen der Gesellschaft. Als einige Beispiele seien die Medizintechnik, die Informations- und Kommunikationsbranche sowie die Produktionstechnik und Sicherheits- beziehungsweise Consumeranwendungen genannt. Höchste Prioritäten bei der Herstellung dieser zumeist im Spritzgießprozess abgeformten Funktionsbauteile haben das Erreichen einer sehr hohen Oberflächengüte, Polarisationseigenschaften und eine präzise Formgebung. Um diesem anspruchsvollen Anforderungsprofil gerecht zu werden, erfolgt das Anspritzen dieser Funktionsbauteile in der Regel nicht direkt über einen Tunnelanschnitt oder Heißkanal, sondern über einen relativ groß dimensionierten Anschnitt. Der Abtrennprozess sollte restgratarme, rissfreie und ebene Schnittflächen erzeugen und einen Erhalt der optischen Eigenschaften gewährleisten. Da geringste Verunreinigungen die optischen Komponenten bei Funktionsbauteilen unbrauchbar machen, muss das Abtrennen ferner kontaminationsarm erfolgen. Für eine rationelle Fertigung sollte sich die zum Einsatz kommende Abtrenntechnologie zudem gut automatisieren lassen, da das Handling insbesondere von Mikroteilen sonst nicht reproduzierbar ist. Mit den derzeit am Markt befindlichen Trennverfahren lassen sich diese Anforderungen aus mehreren Gründen nicht zufriedenstellend lösen.
Ziel des Forschungsprojektes war es daher, auf Basis des Ultraschalltrennens mit temperierten Sonotroden in Verbindung mit einem Versuchsaufbau, der geringe Trennkräfte reproduzierbar realisiert, eine neue Technologie für das Trennen und Vereinzeln von kleinen Linsen (bis hin zu Mikrolinsen) aus einem Bauteilverbund zu entwickeln. Der Einsatz des Ultraschallverfahrens mit temperierten Schneidsonotroden sollte es ermöglichen, den Vorgang des Trennens deutlich effektiver und materialschonender zu gestalten, als es mit den derzeitig verfügbaren Verfahren geschieht. Zum einen kann durch den Einsatz von temperierten Schneidsonotroden mit deutlich geringeren Amplituden gearbeitet werden, als beim Ultraschalltrennverfahren mit untemperierter Schneidsonotrode. In Verbindung mit geringen (< 10N) und definiert aufgebrachten Zustellkräften, kann der Trennvorgang dadurch materialschonender, gratfrei und kontaminationsarm durchgeführt werden.
Vorteile und Lösungen
Die Technologischen Untersuchungen basierten auf untemperierten und temperierten Schneidsonotroden, die auf einem Versuchsstand betrieben wurden, der die Aufbringung kleinster Kräfte über einen Servoantrieb ermöglicht. In einem ersten Schritt galt es zunächst, Schneidsonotroden für die Arbeitsfrequenzen von 20 und 40 Kilohertz sowie für unterschiedliche Arbeitstemperaturen zu entwickeln und zu bauen.
Hierzu wurde ebenfalls der Einfluss unterschiedlicher Schneidengeometrien auf des Trennergebnis untersucht. Ein Schneidenwinkel von 30 Grad hat sich hierbei als vielversprechendste Variante ergeben. Anschließend erfolgte die Entwicklung von Aufnahmevorrichtungen, die exakt auf die untersuchten Linsengeometrien ausgelegt waren.
Nach der Implementierung dieser Versuchswerkzeuge und der Temperiertechnik in den Versuchsstand folgten Abtrennversuche an den verschiedenen Linsenformen und Materialen mit temperierten und untemperierten Schneidsontroden. Hier ergab sich, dass mit einer Arbeitsfrequenz von 40 Kilohertz die besten Trennergebnisse erzielt werden konnten. Es konnten saubere und homogene Trennflächen erarbeitet werden, die bei PC und COP etwas besser ausfielen als bei PMMA.
Diese positiven Ergebnisse sind in erster Linie auf die fein abgestimmte Servoantriebstechnik zurückzuführen, die Schneidkräfte im einstelligen Newtonbereich reproduzierbar ermöglichte. Der Einsatz einer temperierten Schneidsonotrode führte hingegen zu keiner signifikanten Verbesserung des Trennergebnisses, jedoch konnte dadurch die Schwingungsbelastung infolge des Ultraschalls reduziert werden. Weiterhin bleibt festzuhalten, dass durch die Ultraschalleinwirkungen keine Bauteilspannungen freigesetzt wurden.
Zielgruppe und Zielmarkt
Die im Rahmen dieses Projektes entwickelten Technologien werden durch das KUZ Leipzig vorrangig in Deutschland vermarktet.
Bevor die Projektergebnisse der Öffentlichkeit durch den Technologietransfer zugänglich gemacht werden, erfolgen eingehende Erprobungen, die eine Übertragbarkeit dieser Technologie auf andere Betriebe gewährleistet.
Es erfolgt eine Vorstellung der Projektergebnisse gegenüber Unternehmen, die optische Komponenten herstellen. Hierzu gehören Vorführungen der Maschinentechnik und die Erarbeitung von Präsentationsmaterialien, die das Verfahrensprinzip mit ihren Vorteilen und dem daraus resultierenden Nutzen herausstellen. Für ein Unternehmen erfolgten bereits während des Projektes umfangreiche Untersuchungen mittels der entwickelten Technologie zum Trennen von Mikrolinsen aus COP.
Darüber hinaus sollen durch verschiedene Aktivitäten der Öffentlichkeitsarbeit weitere Interessenten gewonnen werden. Hierzu zählen Publikationen in Fachzeitschriften, Veröffentlichungen des Forschungsthemas und der Ergebnisse über die Homepage das KuZ, auf Fachtagungen, Konferenzen Messen und in der Aus- und Weiterbildung. Insbesondere bei der Qualifizierung von Fachkräften und potentiellen Anwendern aus der Industrie ergeben sich weitere Möglichkeiten für einen erfolgreichen Technologietransfer.
Der Einsatz von temperierten Schneidsonotroden in Verbindung mit geringen Trennkräften ermöglicht einen effektiven Trennprozess, ohne Materialschädigungen zu verursachen und erspart dadurch kostenintensive Nacharbeiten. Die Vermarktung der Projektergebnisse zielt auf folgende Zielgruppen und Zielmärkte ab: Unternehmen, die Funktionsbauteile mit optischen Komponenten herstellen / Unternehmen aus der Automobil-, Elektro- und Medizinindustrie, die Funktionsbauteile mit optischen Komponenten verarbeiten.
