Optische Technologien
Optische Technologien in Kunststoff umzusetzen erfordert ein exaktes Maß an Maschinen-, Werkzeug- und Verfahrenstechnik kombiniert mit hoher Reproduzierbarkeit und Reinheit der Produktionsumgebung. Kleinste Bauteilfehler wie Stippen, Schlieren oder Fließlinien bedeuten sofortigen Ausschuss. Hohes Produkt-, Prozess- und Produktions-Knowhow ist daher für den Verarbeiter unabdingbar. Das Festlegen prozessrelevanter Parameter und deren Toleranzgrenzen und die dauerhafte Qualitätskontrolle der herzustellenden Produkte sind sehr schwierig und aufwendig. Kurzum, die Optik stellt höchste Anforderungen.
Firmenverbundprojekt Optische Technologien 1 + 2
Verbundprojekt unter der Leitung des Kunststoffinstitutes Lüdenscheid, der ISK Iserlohner Kunststoff-Technologie GmbH und der Fachhochschule Südwestfalen
Ziel des Verbundprojektes ist es, mit interessierten Partnerunternehmen alle offenen Fragestellungen rund um das Thema „komplexe Optikkörper aus Kunststoff“ mit klarem Bezug zur Praxis zu klären. Die Sumitomo (SHI) Demag beteiligt sich mit modernster Maschinentechnik, um den Kompetenzbereich der vollelektrischen Spritzgießmaschinen gezielt weiterzuentwickeln.
Verfahrensvergleich Spritzprägen – ein Lösungsansatz bei komplexen Optikkörpern
Durch Spritzprägen kann zusätzlich Einfluss auf die Herstellbedingungen und somit auf die Eigenschaften von Optikkörpern genommen werden. Das Prägen bietet neben der Möglichkeit den Füll- und Nachdruckvorgang massiv zu beeinflussen zahlreiche qualitative Vorteile für optische Spritzgussteile. Welche tatsächlichen Vorteile bezogen auf Qualität und Reproduzierbarkeit ein solches Verfahren besitzt, wurde durch Vergleichsuntersuchungen mit verschiedenen Optikmaterialien auf der vollelektrischen Spritzgießmaschine IntElect untersucht. Für weitere Informationen siehe hierzu Fachzeitschrift Kunststoffe 06/2010 „Das Spiel mit dem Licht“.
Materialhandling optischer Granulate
Die Verarbeitung optischer Materialien startet im Idealfall bereits mit der Wareneingangskontrolle des Kunststoffgranulates. Ist das Material für die Produktion freigegeben, ist die exakte Vortrocknung nach Zeit und Temperatur zu beachten. Eine dauerhafte Kontrolle der Restfeuchte ist sinnvoll. Die Zuführ- und Trocknungsanlagen sollten zudem staubdicht sein und nicht abrasiv wirken, sowohl auf Material, als auch umgekehrt. Kurz bevor das Material den Weg in die Einfüllzone der Spritzgießmaschine findet können zusätzlich sogenannte Entstaubungssysteme zwischengeschaltet werden. Ein konstanter Trichterfüllstand kann das Einzugsverhalten, die Dosierkonstanz und die Entgasung bei Präzisionsanwendungen verbessern. Grundsätzlich ist auf kurze und überschaubare Materialwege zu achten und die Fördergeschwindigkeit des Granulates sollte nicht zu hoch sein.
Langfristig transparent Plastifizieren
Das Plastifiziersystem selbst, also Plastifizierzylinder sowie Schnecke und Rückstromsperre mit entsprechendem Schutz gegen Adhäsion und Abrasion, ist gezielt auszulegen. Dabei kommt es vor allem auf die notwendige Energieaufnahme und das Einzugsverhalten des zu verarbeitenden Werkstoffes an. Vielfach müssen Einfüll-, Kompressions- und Meteringzone durch individuelle Anpassungen von Länge, Gangtiefe, Steigung und Kompressionsverhältnis optimiert werden. Da optische Materialien sehr zu Adhäsion und Belagbildung neigen, ist der Haft- und Verschleißschutz wichtig. Auch hier bieten heutige Systeme verschiedene Möglichkeiten, Materialrückstände und somit „black spots“ dauerhaft zu eliminieren. Die Rückstromsperre sollte bei sehr kleinem bzw. keinem Schneckenrückzug trotzdem schnell und reproduzierbar schließen. Häufig werden Geometrien, Strömungsquerschnitte und Anströmflächen anwendungsbezogen angepasst. Schroffe Kanten, Umlenkungen und Totzonen sind im gesamten System unbedingt zu vermeiden.
Richtige Zylindergröße vermeidet spätere Kompromisse
Die richtige Auslegung der Zylindergröße ist ein entscheidendes Maß für die spätere Qualität. Dabei spielen vor allem die Größen Schussgewicht, Hubauslastung, Verweilzeit und notwendiger Spritzdruck eine wichtige Rolle. Das Schussgewicht ergibt sich aus den Konstruktions- und Materialvorgaben. Daraus sollte die richtige Schneckengröße gewählt werden, so dass die Hubauslastung idealerweise zwischen 20 und 60%, in Extremfällen bei maximal 75%, liegt. Der benötigte Spritzdruck sollte bei der Auslegung des Systems unbedingt näher betrachtet werden, da transparente Werkstoffe meist sehr zähflüssig sind. In diesem Zusammenhang sollte ebenfalls eine Nachdruckbewertung erfolgen.
Geeignete Werkzeugumgebung für sichtbare Reinheit
Der Bereich des Werkzeugs und dessen Umgebung bedingt konsequente und dauerhafte Reinheit aller Komponenten. Unnötige Gegenstände oder Flächen sind zu vermeiden. Ein hohes Maß an Sorgfalt beim Eindringen in diesen sensiblen Bereich ist dauerhaft sicherzustellen. In einigen Fällen halten gekapselte Schließ- und Entnahmesysteme bestehend aus Laminarflowbox und vollständig geschlossener Peripherie den Produktionsbereich dauerhaft rein. Über antistatische Maschinenlackierung kann nachgedacht werden. Hydraulische Komponenten sind dem Bereich der Formteilentstehung fern zu halten. Pneumatische Ventile sollten über ausreichende Feinfiltersysteme verfügen. Temperierschläuche sollten so kurz wie möglich sein und auch bei sehr hohen Temperaturen ausreichende Sicherheit und Flexibilität bieten.
Auswahl der geeigneten Maschinenplattform: Vollhydraulisch, vollelektrisch oder hybrid?
Die Entscheidung zwischen vollhydraulischem, vollelektrischem oder hybridem Antriebskonzept hängt von mehreren Faktoren ab: Welches Schussgewicht ergibt sich? Welche Bauteilgeometrie und somit welche Nachdruckzeiten werden benötigt? Welche Genauigkeit bei welcher Sauberkeit ist gefordert? Vollelektrische Maschinenachsen bewegen sich im Allgemeinen um eine Zehnerpotenz genauer und können parallele Maschinenbewegungen einfacher realisieren. Gerade bei simultanen Prägeprozessen über die Schließeinheit der Maschine eine wichtige Voraussetzung. Durch die zumeist mechanische Kraftübertragung werden die angefahrenen Positionen sehr exakt und stabil gehalten. Die Energieeinsparung erhöht sich zudem in den passiven Phasen des Prozesses wie der Restkühlzeit. Allerdings haben elektrische Maschinen auch eine deutlich höher installierte Leistung als vergleichbare hydraulische Konzepte. Der Hauptvorteil von ölbetriebenen Spritzgießmaschinen liegt eindeutig in der langen Nachdruckaufbringung auf hohem Niveau. Hinzu kommt eine erhöhte Einspritzleistung, die in einigen Fällen nur von einer Speicherhydraulik geleistet werden kann. Schlussendlich ist es sinnvoll, eine produktbezogene Gegenüberstellung möglicher Maschinenkonzepte durchzuführen, um bewerten zu können, welche Lösung für Ihr Produkt am sinnvollsten ist. Sprechen Sie uns an, wir helfen Ihnen gerne weiter.
Grundsätzliche Tipps zur Verarbeitung transparenter Kunststoffe
Bei der Verarbeitung transparenter Werkstoffe im Spritzgießverfahren lassen sich oftmals durch wenige Grundregeln in der Produktion Maschinenstillstandszeiten minimieren.
Unsere Tipps bei Verarbeitung transparenter Werkstoffe:
- Anlage vor erstmaligem Dosieren gut Durchheizen
- Werkzeug ausreichend lange vorheizen lassen (homogene Temperaturverteilung)
- Plastifizierzylinder ausreichend mit zu verarbeitendem Material spülen
- Vor Vollautomatikbetrieb Schmelzequalität visuell prüfen, ggf. weiter spülen
- Gutteile erst verwenden, wenn sich thermisches Gleichgewicht eingestellt hat
- Möglichst keine Prozessunterbrechungen -> Stillstand weitestgehend vermeiden
- Prozessunterbrechungen so kurz wie möglich halten, Vorbereitungen treffen
- Bei längeren Unterbrechungen Zylindertemperaturen auf Herstellerangaben absenken
- Beim Abkühlen auf Raumtemperatur Plastifizierzylinder gut spülen und Einheit zuletzt leeren
- Bei Materialwechsel mit geeignetem Reinigungsgranulat oder Nachfahrmaterial spülen
- Bei sehr langen Produktionszeiten Zylinder, Schnecke und RSP regelmäßig mechanisch reinigen
Typische Anwendungen
- Optische und technische Linsen (z.B. Sammellinsen, Zerstreuungslinsen, Lupen)
- Lichtleitung und Lichtdesignelemente (z.B. Signalpanele, Schriftzüge)
- Scheinwerfer und Streuscheiben (z.B. Front- und Rückscheinwerfer, Blinker)
- Verscheibungen und optische Blenden (z.B. Seitenscheiben, Tachoblenden)
- Displays und optische Sensoren (z.B. Handydisplays, Regenlichtsensoren)
- Lichtstrukturbauteile und optische Oberflächenstrukturen (z.B. Fresnel-, Lotusoberflächen)
- Allgemeine optische Funktionsbauteile (z.B. Medizinprodukte, Verpackungen)
