LED-Linsen aus Flüssigsilikon wirtschaftlich produzieren

Wie sich geometrisch sehr anspruchsvolle LSR-Produkte in hohen Stückzahlen wirtschaftlich herstellen lassen, zeigt Engel auf der Chinaplas im Mai.

Flüssigsilikon (LSR) lässt sich effizient im Spritzguss verarbeiten und punktet darüber hinaus mit einer hohen Materialbeständigkeit. Als Werkstoff für optische Linsen für die Beleuchtungstechnik gewinnt LSR deshalb stark an Bedeutung. Engel zeigt auf der Chinaplas die Herstellung von LED-Scheinwerferlinsen auf einer holmlosen E-Victory 310/120 Spritzgießmaschine in einem automatisierten, nacharbeitsfreien Prozess.

Die Automobilindustrie gehört zu den Vorreitern, wenn es um den Einsatz optischer Silikone für Lichtsysteme geht. Darüber hinaus rückt LSR für die Straßen- und Gebäudebeleuchtung als Linsenwerkstoff in den Fokus. Wie auch die etablierten thermoplastischen Linsenmaterialien PMMA und Polycarbonat ermöglicht Silikon im Vergleich zu Glas eine deutliche Gewichtsersparnis. Was die thermische und chemische Beständigkeit betrifft, ist LSR organischen Polymeren aber überlegen. Die hochtransparenten Typen für optische Anwendungen weisen einen niedrigeren Vergilbungsindex als thermoplastische Linsenmaterialien auf. Sie sind sehr resistent gegenüber Umwelteinflüssen wie UV-Strahlung und von -40 bis +200 °C über einen breiten Temperaturbereich einsetzbar. Hinzu kommt, dass sie eine noch höhere Designfreiheit ermöglichen. In Bezug auf die Geometrie sind bei der Verarbeitung von LSR im Spitzguss fast keine Grenzen gesetzt.

Engel verarbeitet während der vier Messetage Dowsil MS-1002 Moldable Silicone von Dow Silicone, das gezielt für die Verarbeitung auf Spritzgießmaschinen entwickelt wurde. Die Vernetzungsgeschwindigkeit wurde dahingehend optimiert, eine Thermoplast-ähnliche glatte und sehr harte Oberfläche zu erhalten. Die hohe Lichtdurchlässigkeit stellt eine sehr gute Lichtausbeute sicher. Zudem sorgt die hohe thermische Stabilität für eine herausragende Transparenz. Die äußerst filigran strukturierte Oberfläche wird mit höchster Reproduzierbarkeit abgeformt. Es verlassen einbaufertige LED-Linsen die Fertigungszelle.

„Die Voraussetzung, geometrisch anspruchsvolle Produkte aus Flüssigsilikon wirtschaftlich zu produzieren, sind automatisierte, nacharbeitsfreie Prozesse sowie eine hohe Präzision und Stabilität des Spritzgießprozesses“, betont Gero Willmeroth, President East Asia and Oceania von Engel mit Sitz in Shanghai. „Dank ihrer holmlosen Schließeinheit erweist sich die E-Victory Maschine mit elektrischer Spritzeinheit hierfür als prädestiniert.“

Holmlose Spritzgießmaschinen bringen für die LSR-Verarbeitung eine Reihe von Vorteilen mit. Dass der Roboter ohne Störkantenumfahrung direkt von der Seite aus die Kavitäten erreichen kann, reduziert die Handling- und damit die Werkzeugoffenzeit. Darüber hinaus ermöglicht die Holmlostechnik besonders kompakte Fertigungszellen. Da keine Holme stören, lassen sich die Werkzeugaufspannplatten bis an den Rand vollständig ausnutzen. Damit passt das aufgrund der komplexen Bauteilstruktur voluminöse Linsenwerkzeug auf eine vergleichsweise kleine 1200-kN-Spritzgießmaschine.

Für die hohe Abformgenauigkeit ist unter anderem die herausragende Parallelität der Werkzeugaufspannplatten verantwortlich. Der patentierte Force Divider sorgt dafür, dass die bewegliche Aufspannplatte während des Schließkraftaufbaus dem Werkzeug exakt folgt und die eingeleitete Kraft gleichmäßig über die Fläche verteilt wird. Beim Einsatz von Mehrkavitätenwerkzeugen erfahren alle Kavitäten in der Trennebene dieselbe Flächenpressung. Dies stellt sicher, dass beim Verarbeiten sehr niedrigviskoser Silikone keine Grate entstehen und die Spritzgießteile keinerlei Nacharbeit erfordern.

Um auch beim Einspritzen die geforderte Präzision über die gesamte Fertigungsdauer sicherzustellen, hat der österreichische Maschinenbauer die E-Victory für die Herstellung der LED-Linsen mit IQ Weight Control ausgerüstet. Das intelligente Assistenzsystem aus dem Inject 4.0 Programm des Unternehmens analysiert während des Einspritzens der Kunststoffschmelze den Druckverlauf, vergleicht die Messwerte mit einem Referenzzyklus und passt das Einspritzprofil, den Umschaltpunkt und Nachdruck Schuss für Schuss an die aktuellen Gegebenheiten an. Schwankungen im Rohmaterial und in den Umgebungsbedingungen werden auf diese Weise automatisch ausgeglichen, bevor auch nur ein Ausschussteil produziert wird.

Das in den Prozess integrierte Kamerasystem prüft und dokumentiert die Qualität der Teile. Ein Viper 40 Linearroboter von Engel übernimmt das Teilehandling.

Die permanente Anpassung qualitätsrelevanter Prozessparameter auf Basis von Echtzeitdaten, für die Engel bei der Herstellung der LED-Linsen das Assistenzsystem IQ Weight Control nutzt, ist ein wesentliches Merkmal der Smart Factory, die das Ziel von Industrie 4.0 beschreibt. Dabei trägt die zunehmende Integration von Expertenwissen in die Prozesssteuerung dazu bei, die Komplexität der Prozesse zu reduzieren. „Mit der sich selbst optimierenden Spritzgießmaschine machen wir es den Verarbeitern besonders einfach, das volle Effizienz- und Qualitätspotenzial auszuschöpfen“, sagt Gero Willmeroth. „Auch angelernte Mitarbeiter, die noch nicht viel Spritzgießerfahrung haben, sind in der Lage, eine konstant hohe Qualität zu produzieren.“

Als Systemanbieter integriert Engel alle Komponenten der Fertigungszelle in eine gemeinsame Steuerung, um den Gesamtprozess über das CC300 Bedienpanel der Spritzgießmaschine einstellen und kontrollieren zu können. Neben der Automatisierung umfasst die Steuerungsintegration die LSR-Dosieranlage, die ebenso wie das Werkzeug von ACH-Solution stammt, sowie eine Lösung für Augmented Reality (AR), die Engel gemeinsam mit AVR Tech Innovations realisiert. Die Messebesucher können sich mit einer AR-Brille durch die einzelnen Arbeitsschritte, die zum Starten der Fertigungszelle erforderlich sind, führen lassen. In Form von Texten, animierten Objekten oder kurzen Videosequenzen blendet die Brille für die Anlagenbedienung hilfreiche Informationen ein, die genau beschreiben, was wo und wie zu tun ist. Im Spritzgießbetrieb der Zukunft wird Augmented Reality die Maschineneinrichter und Instandhalter unterstützen, noch effizienter zu arbeiten und das Risiko von Bedienungsfehlern zu reduzieren.

sk