EP-4737090-A1 - METHOD FOR PRODUCING AN OPTICALLY ACTIVE PLASTIC COMPONENT

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils mit einer Mikro-Struktur auf zumindest einer ersten Hauptfläche umfasst die Schritte: - Herstellen eines Bauteil-Kernkörpers durch Spritzgießen in einem Spritzgießwerkzeug (21); - Einlegen des erstarrten Bauteil-Kernkörpers in ein Spritzprägewerkzeug (23); - Schließen des Spritzprägewerkzeugs (23) unter Belassung eines Spalts zwischen einer Hauptfläche des eingelegten Bauteil-Kernkörpers und einer dieser gegenüberliegenden, mikrostrukturierten Wand der Spritzprägewerkzeug-Kavität (27); - zumindest teilweises Befüllen des Spalts mit einem flüssigen lichthärtenden Beschichtungslack; - flächiges Beaufschlagen des flüssigen Beschichtungslacks mit Druck durch Kraftschließen des Spritzprägewerkzeugs (23), wodurch auf dem Bauteil-Kernkörper eine Beschichtungs-Schicht mit einer Mikro-Struktur auf ihrer freien Oberfläche gebildet wird; - Aushärten der Beschichtungs-Schicht durch deren Bestrahlen mit Licht in dem geschlossenen Spritzprägewerkzeug (23) aus mindestens einer integrierten, in die Spritzprägewerkzeug-Kavität (27) hinein strahlenden Lichtquelle (37); - Öffnen der Spritzprägewerkzeug-Kavität (27) und Entnehmen des optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils.

Inventors

• Allgäuer, Dominik
• FRANZ, STEPHAN
• DECKERT, MATTHIAS
• Melzer-Bartsch, Alexander

Assignees

• Müller + Wilisch GmbH
• Hochschule Esslingen University of Applied Sciences

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20251029

Claims (18)

1. Verfahren zur Herstellung eines optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils, insbesondere einer Linse, mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen (1, 2), von denen zumindest eine erste Hauptfläche (1) eine Mikro-Struktur aufweist, umfassend die folgenden Schritte: - Herstellen eines Bauteil-Kernkörpers (3) aus einem Kern-Kunststoff durch Spritzgießen oder Spritzprägen in einer geschlossenen ersten Kavität (26) eines ersten Spritzgieß- oder Spritzprägewerkzeugs (21); - Öffnen der ersten Kavität (26) und Entnehmen des erstarrten Bauteil-Kernkörpers (3) aus der geöffneten ersten Kavität (26); - Einlegen des erstarrten Bauteil-Kernkörpers (3) in eine geöffnete zweite Kavität (27) eines zweiten Spritzprägewerkzeugs (23); - Schließen des zweiten Spritzprägewerkzeugs (23) mit dem darin aufgenommenen Bauteil-Kernkörper (3) unter Belassung eines Spalts zwischen der ersten Hauptfläche (4) des Bauteil-Kernkörpers (3) und einer dieser gegenüberliegenden, mikrostrukturierten Wand der zweiten Kavität (27); - zumindest teilweises Befüllen des Spalts mit einem flüssigen lichthärtenden Beschichtungslack; - flächiges Beaufschlagen des flüssigen Beschichtungslacks mit Druck durch Kraftschließen des zweiten Spritzprägewerkzeugs (23) unter Bildung einer gegenüber dem Bauteil-Kernkörper (3) dünnen Beschichtungs-Schicht auf der ersten Hauptfläche (4) des Bauteil-Kernkörpers (3), wobei die Mikro-Struktur der ersten Hauptfläche (1) des optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils auf der freien Oberfläche der Beschichtungs-Schicht (5) gebildet wird; - Aushärten der Beschichtungs-Schicht (5) durch deren Bestrahlen mit Licht in dem geschlossenen zweiten Spritzprägewerkzeug (23) aus mindestens einer in das zweite Spritzprägewerkzeug (23) integrierten, in die zweite Kavität (27) hinein strahlenden Lichtquelle (37); - Öffnen der zweiten Kavität (27) und Entnehmen des den erstarrten Bauteil-Kernkörper (3) und die auf dessen erster Hauptfläche (4) ausgeführte ausgehärtete, die mikrostrukturierte Hauptfläche (1) des Kunststoff-Bauteils ausbildende Beschichtung (5) umfassenden optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils aus der zweiten Kavität.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei mindestens einem der Teilwerkzeuge (22, 25) des zweiten Spritzprägewerkzeugs (23) die zweite Kavität (27) zumindest teilweise durch einen Glaseinsatz begrenzt wird, hinter dem sich die bzw. mindestens eine Lichtquelle (37) befindet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Licht-Bestrahlung der Beschichtungs-Schicht (5) durch den Bauteil-Kernkörper (3) hindurch erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass beim Spritzprägen der Beschichtung (5) auf deren freier Oberfläche und somit auf der ersten Hauptfläche (1) des Kunststoffbauteils eine die Mikro-Struktur überlagernde, bevorzugt als Mottenaugen-Struktur ausgeführte Nano-Struktur gebildet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Beschichtung (5) ein Wechselwerkzeug zum Einsatz kommt, von dem zumindest eines der Teilwerkzeuge eine Grundstruktur (32, 33) und einen darin aufgenommenen, die zweite Kavität (27) begrenzenden Einsatz ("Wechselkern") (34, 35) umfasst.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Bauteil-Kernkörpers (3) ein Wechselwerkzeug zum Einsatz kommt, von dem zumindest eines der Teilwerkzeuge (20, 24) eine Grundstruktur (28, 29) und einen darin aufgenommenen, die erste Kavität begrenzenden Einsatz ("Wechselkern") (30, 31) umfasst.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim Einlegen des erstarrten Bauteil-Kernkörpers (3) in die geöffnete zweite Kavität (27) des zweiten Spritzprägewerkzeugs (23) eine Zentrierung des Bauteil-Kernkörpers (3) mittels mindestens eines an diesem bestehenden funktionellen Merkmals, bevorzugt in Form eines an ihm verbliebenen Angusses (8), erfolgt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Befüllen des Spalts mit flüssigem lichthärtendem Lack über eine Mikro-Dosierpumpe (39) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung des Bauteil-Kernkörpers (3) ein PMMA verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Beschichtung (5) ein Lack mit einer Viskosität von maximal 100 mPas zur Anwendung kommt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Brechnungsindizes des Bauteil-Kernkörpers (3) und der Beschichtung (5) um nicht mehr als 0,02 unterscheiden.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zur Herstellung der Beschichtung (5) verwendete zweite Spritzprägewerkzeug (23) einen mittels eines Verschlussventils (41) verschließbaren Füllkanal (40) aufweist, wobei das Verschlussventil (41) bevorzugt über einen Kernzug (43) betätigbar ist.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spritzgieß- oder Spritzprägewerkzeug (21) und das zweite Spritzprägewerkzeug (23) fest miteinander verbunden sind, insbesondere indem sie Teil eines die erste Kavität (26) und die zweite Kavität (27) aufweisenden Kombinationswerkzeugs sind.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswerfen des erstarrten Bauteil-Kernkörpers (3) aus der geöffneten ersten Kavität (26) mittels einer Auswerferanordnung (12) mit Auswerferstiften (15) erfolgt, welche auf einen den Funktionsbereich des späteren Kunststoff-Bauteils, insbesondere der optisch wirksamen Linse, umgebenden Tragrand (6) wirken.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilwerkzeuge (22, 25) des zweiten Spritzprägewerkzeugs (23) über miteinander zusammenwirkende, bevorzugt als ineinandergreifende Dichtnut und Dichtfeder ausgeführte Dichtelemente verfügen, welche eine Abdichtung der zweiten Kavität (27) bereits beim Befüllen des Spalts mit dem flüssigen lichthärtenden Beschichtungslack bewirken.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Spalt bereits beim Befüllen mit dem flüssigen lichthärtenden Beschichtungslack durch ein an dem die zweite Kavität (27) begrenzenden, die mikrostrukturierte Wand aufweisenden Teilwerkzeug (22) des zweiten Spritzprägewerkzeugs (23) vorgesehenes, mit einem bevorzugt als Dichtnut (47) ausgeführten Dichtrand des in das zweite Spritzprägewerkzeug (23) eingelegten Bauteil-Kernkörpers (3) zusammenwirkendes, bevorzugt aus einer Dichtfeder (48) bestehendes Dichtelement abgedichtet wird.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellen des Bauteil-Kernkörpers (3) unter Ausbildung einer Mikro-Struktur auf der ersten Hauptfläche (4) des Bauteil-Kernkörpers (3) erfolgt, wobei beim Schließen des zweiten Spritzprägewerkzeugs (23) mit dem darin aufgenommenen Bauteil-Kernkörper (3) der Spalt zwischen der mikrostrukturierten ersten Hauptfläche (4) des Bauteil-Kernkörpers (4) und der dieser gegenüberliegenden, korrespondierend mikrostrukturierten Wand der zweiten Kavität (27) belassen wird.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikro-Struktur des Bauteil-Kernkörpers (3) als Fresnel-Grundstruktur und die Mikro-Struktur des Kunststoff-Bauteils als Fresnel-Feinstruktur ausgeführt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils, insbesondere einer Linse, mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung dabei ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils, bei dem zumindest eine erste Hauptfläche eine Mikro-Struktur aufweist. Während bei klassischen Linsen im Hinblick auf deren optische Wirksamkeit - im Sinne einer gezielten Beeinflussung des Strahlengangs - mindestens eine der beiden einander gegenüberliegenden Hauptflächen global (konvex oder konkav) gekrümmt ist und die Dicke der Linse sich ausgehend von der Achse zum Rand hin ändert (d. h. abnimmt oder zunimmt), ist dies bei optisch wirksamen Bauteilen, bei dem zumindest eine erste Hauptfläche eine optisch wirksame Mikro-Struktur (beispielsweise in Form einer Fresnel-Struktur) aufweist, nicht zwingend der Fall. Vielmehr können solche Linsen eine (global, d. h. unter Vernachlässigung der optisch wirksamen Mikro-Struktur) konstante Dicke aufweisen, namentlich indem hier die beiden einander gegenüberliegenden Hauptflächen global parallel zueinander verlaufen. Einer der wesentlichen damit verbundenen Vorteile besteht in der hierdurch möglichen Materialeinsparung und dem auf diese Weise - im Vergleich zu klassischen Linsen gleicher optischer Wirksamkeit - reduzierten Gewicht. Während in der Vergangenheit Linsen und andere optisch wirksame Bauteile regelmäßig aus Glas hergestellt wurden, gerät in jüngerer Zeit - und zwar ebenfalls unter dem Gesichtspunkt eines reduzierten Gewichts, allerdings auch aus Gründen einer möglichst kostengünstigen Produktion namentlich im Falle von in Großserie herzustellenden optischen Linsen - zunehmend die Herstellung solcher Bauteile aus Kunststoff in den Fokus. Die erhebliche Anzahl unterschiedlicher Ansätze in dieser Richtung belegt das große kommerzielle Interesse an entsprechender Technologie. Gemessen daran sind die Ergebnisse, was die praktische Brauchbarkeit in anspruchsvollen Anwendungen angeht, allerdings häufig enttäuschend. Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe gemacht, ein Verfahren zur Herstellung eines optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils, insbesondere einer Linse, mit zwei einander gegenüberliegenden Hauptflächen, von denen zumindest eine erste Hauptfläche eine Mikro-Struktur aufweist, bereitzustellen, unter dessen Anwendung sich besonders praxistaugliche optisch wirksame Kunststoff-Bauteile herstellen lassen. Zu verstehen ist hierunter insbesondere die Möglichkeit der vergleichsweise kostengünstigen Herstellung von qualitativ hochwertigen und mechanisch unempfindlichen Linsen und anderen optisch wirksamen Bauteilen, die hohen optischen Anforderungen genügen und sich somit auch zur Verwendung in anspruchsvollen Anwendungen eignen. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die vorstehend dargelegte Aufgabenstellung, wie im Anspruch 1 angegeben, durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches in Kombination miteinander die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines Bauteil-Kernkörpers aus einem Kern-Kunststoff durch Spritzgießen oder Spritzprägen in einer geschlossenen ersten Kavität eines ersten Spritzgieß- oder Spritzprägewerkzeugs;Öffnen der ersten Kavität und Entnehmen des erstarrten Bauteil-Kernkörpers aus der geöffneten ersten Kavität;Einlegen des erstarrten Bauteil-Kernkörpers in eine geöffnete zweite Kavität eines zweiten Spritzprägewerkzeugs;Schließen des zweiten Spritzprägewerkzeugs mit dem darin aufgenommenen Bauteil-Kernkörper unter Belassung eines Spalts zwischen der ersten Hauptfläche des Bauteil-Kernkörpers und einer dieser gegenüberliegenden, mikrostrukturierten Wand der zweiten Kavität;zumindest teilweises Befüllen des Spalts mit einem flüssigen lichthärtenden Beschichtungslack;flächiges Beaufschlagen des flüssigen Beschichtungslacks mit Druck durch Kraftschließen des zweiten Spritzprägewerkzeugs unter Bildung einer gegenüber dem Bauteil-Kernkörper dünnen Beschichtungs-Schicht auf der ersten Hauptfläche des Bauteil-Kernkörpers, wobei die Mikro-Struktur der ersten Hauptfläche des optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils auf der freien Oberfläche der Beschichtungs-Schicht gebildet wird;Aushärten der Beschichtungs-Schicht durch deren Bestrahlen mit Licht in dem geschlossenen zweiten Spritzprägewerkzeug aus mindestens einer in das zweite Spritzprägewerkzeug integrierten, in die zweite Kavität hinein strahlenden Lichtquelle;Öffnen der zweiten Kavität und Entnehmen des den erstarrten Bauteil-Kernkörper und die auf dessen erster Hauptfläche ausgeführte ausgehärtete, die mikrostrukturierte Hauptfläche des Kunststoff-Bauteils ausbildende Beschichtung umfassenden optisch wirksamen Kunststoff-Bauteils aus der zweiten Kavität. Im synergistischen Zusammenwirken mit den weiteren für das erfindungsgemäße Verfahren charakteristischen Verfahrensschritten kommt dabei der Ausführung der optischwirksam mikrostrukturierten er