Investigations into the production of achromatic lenses by two-component injection compression molding of transparent plastics
Third party funded individual grant
Start date : 01.01.2021
End date : 30.06.2023
Project details
Short description
In dem Projekt geht es um die Herstellung einer achromatischen Linse im Verbundspritzguss. Daraus ergeben sich folgende Vorteile im Vergleich zu zwei einzelnen Linsen, die in einer Baugruppe kombiniert werden:
1.Wegfall von Füge,- Zentrierungs- und Montageschritten
2.Möglichkeit der direkten Anspritzung einer Fassung oder von Funktionselementen
3. Reduzierung zusätzlicher Abbildungsfehler durch einfache Realisierung von asphärischen und Freiformflächen bei einer achromatischen Linse
4.Potentiell günstige Möglichkeit der Massenfertigung achromatischer Linsen mit komplexen Freiformgeometrien
5. Um etwa 8 % erhöhte Transmission (bei nicht-entspiegelten Linsen), da durch die stoff- schlüssige Verbindung zwei reflektierende Grenzflächen wegfallen
Durch den Einsatz eines Achromats anstatt einer Standardlinse kann die Abbildungsqualität stark verbessert werden. Eine weitere Möglichkeit ist die Substitution einer achromatischen Glaslinse durch eine achromatische Kunststofflinse oder die Kombination einzelner zueinander positionierter und montierter Kunststofflinsen durch eine im Verbundspritzguss hergestellte achromatische Linse mit den oben beschriebenen Vorteilen.
In dem Projekt geht es um die Erarbeitung eines grundwissenschaftlichen Verständnisses zum Einfluss von Kunststoffkombinationen, der Prozessführung im Spritzguss und der Gestaltung auf die Eigenschaften achromatischer Polymerlinsen. Im Fokus steht das verzugs- und schwindungsfreie Aufspritzen einer zweiten Komponente auf einen Vorspritzling zur Herstellung einer achromatischen Linse aus transparenten Kunststoffen unterschiedlicher Dispersion und die damit verbundene Ableitung einer allgemeinen Fertigungsstrategie zum Verbundspritzprägen bei großflächigen Kontaktflächen. Um die hohe optische Funktionalität der achromatischen Linse zu erreichen, müssen mehrere Voraussetzungen erfüllt sein: So muss die zweite Komponente sehr schwindungsarm auf den Vorspritzling aufgespritzt werden; die Verbundfläche darf durch den Aufspritzvorgang nicht verformt werden und es muss eine ausreichende Haftung der beiden Kunststoffe gewährleistet sein. Die optischen Eigenschaften von dem Bauteilen werden intensiv erforscht.
Scientific Abstract
Compared to many optical grades of glass, plastics have a high dispersion. This means that the refractive index of the material decreases more strongly with increasing wavelength. As a result, different wavelengths of light (light colors), which are focused by an optical lens, have different focal positions. This leads to image errors and blurred images, which is why imaging optics are usually composed of several combined lenses. In illumination optics, the dispersion is shown by a color veil on the edge of the light cone.By combining two lenses made of materials with different dispersions to form an achromatic lens, this chromatic aberration, can be reduced, resulting in a significant increase in imaging performance. To improve image quality, plastic lens systems are usually assembled from several lenses. This requires the production of several components, exact positioning and further assembly steps.The project therefore focuses on injecting a second component onto a preform with low warpage and shrinkage to produce an achromatic lens from different transparent plastics. Possible plastics for the combination are polycarbonate (PC) and poly(methyl methacrylate) (PMMA). In addition to reducing further processing and assembly steps, two-component injection molding also increases transmission by reducing reflections at the interfaces.From the application of an achromatic lens, the general derivation of a production strategy for low-shrinkage and low-warpage two-component injection compression molding with large contact surfaces is to be carried out in the research project. In addition to optics, this knowledge is relevant for numerous other applications. Nevertheless, the prerequisites for this two-component injection moulding of optical components are particularly challenging. The second component must be injected onto the preform with very little shrinkage, the injection process of the second component should not deform the first component surface and sufficient adhesion of the two plastics over a large surface must be ensured. These points are to be achieved by an adapted injection compression molding process. An adapted compression of the melt in the process by means of embossing should reduce subsequent shrinkage of the injected component as far as possible. The influences of the process parameters on adhesion, shrinkage, the shape of the interface and the refractive index as well as the component properties are systematically investigated.
