Design and manufacture of lenses for LED plastic headlights instead of glass

Výrobní procesy pro špi�kové optické díly, nap�. silnost�nné �o�ky, s novými vlastnostmi a funkcemi, jako jsou nap�íklad regulovatelné rozlo�ení sv�tla, stálost barev a antireflexní povlak, musí být neustále zlepšovány a v n�kterých p�ípadech musí být i kompletn� p�epracovány. Krom� maximální p�esnosti závisí plastová optika na hospodárnosti a masové prodejnosti celého procesu. Ji� nyní jsou n�které �o�ky v LED sv�tlometech u osobních voz� vyrobeny z plastu a v budoucnu budou moci výrobci automobil� instalovat sv�tlomety s leh�ími a levn�jšími �o�kami vyrobenými z plastu, které spl�ují stejné optické po�adavky a vysoké vizuální standardy jako �o�ky vyrobené ze skla. K tomuto záv�ru, v rámci projektu Optisys, vypsaného a financovaného Spolkovým ministerstvem školství a výzkumu (Bundesministerium für Bildung und Forschung), dosp�ly firmy Simcon, KraussMaffei, Hella a Fraunhofer, které byly hlavními partnery tohoto projektu. Spole�n� vyvinuly zp�sob výroby vícevrstvých plastových �o�ek pro LED sv�tlomety s mo�ností vyu�ití simulace vst�ikovacího procesu, která p�ináší uleh�ení konstrukce �o�ky a mo�nost její optimalizace ji� ve fázi tvorby nových silnost�nných �o�ek, nejen pro LED sv�tlomety, vyráb�ných technologií vícekrokového vst�ikování.

Full-LED sv�tlomety s funkcí proti osl�ování, Mercedes E-Class, zdroj: Hella.com

Mikrostruktura na povrchu �o�ky

Jedním z klí�ových bod� projektu Optisys bylo také zjišt�ní, jak mikrostruktura na povrchu �o�ky, zalo�ená na principu Fresnelovy �o�ky, m��e zlepšit rozptyl vyza�ovaného sv�tla a sou�asn� sní�it velikost a objem �o�ky. P�enesení po�adované struktury na povrch vst�ikovaného dílu je zajišt�no pomocí p�esného obráb�ní diamantovými �eznými nástroji, které tuto strukturu vytvo�í p�ímo na povrchu tvarové vlo�ky. V pr�b�hu výzkumného projektu Optisys provedla firma Simcon simulaci takovýchto mikrostruktur na povrchu dílu poprvé a speciáln� pro projekt Optisys p�išla s mo�ností, jak tyto mikrostruktury modelovat. V sou�asné dob� firma Simcon nabízí tento druh simulace jako slu�bu a v blízké dob� bude tato funkce také integrována p�ímo do simula�ního programu firmy Simcon, do programu Cadmould.

�o�ka pro LED sv�tlomety v polarizovaném sv�tle, zdroj: Fraunhofer.de

Vysoká optická kvalita �o�ek pomocí vícekrokového vst�ikování

Vysoké optické kvality �o�ek je dosa�eno mimo jiné i díky simulaci a implementaci vícevrstvé struktury slo�ené z r�zných materiál�, jako jsou PMMA a PMMI a také speciální povrchovou úpravou. P�i vývoji vícekrokového vst�ikovacího procesu pro velmi silnost�nné �o�ky s volným tvarem firma SIMCON pou�ila nejen simula�ní program CADMOULD, ale také automatizované plánování statistických test�, experiment�, pomocí optimaliza�ního systému Varimos, který je pln� integrován do programu CADMOULD a vyu�ívá jeho rychlost a p�esnost k rychlému zjišt�ní a posouzení vlivu velkého mno�ství zadaných procesních a geometrických, konstruk�ních, prom�nných na kvalitu dílu. Výsledky jednotlivých experiment� poté analyzuje a vypo�ítá optimální parametry pro geometrii, konstrukci, dílu a procesní, výrobní, parametry. „Um�lá inteligence integrovaná ve VARIMOSu tak automaticky prozkoumá a zjistí vliv r�zných parametr�, konstruk�ních i procesních, jako je tlouš�ka jednotlivých vrstev, umíst�ní vtok�, teploty vst�ikování, vst�ikovací tlaky a dalších optimalizovaných parametr� na kvalitu vyráb�ného dílu. Poté, na základ� toho, co se nau�ila z výsledk� DOE výpo�t�, vypo�ítá optimální �ešení,“ vysv�tluje Max Mades, projektový mana�er spole�nosti SIMCON.

Rozlo�ení teplot uvnit� jednotlivých vrstev b�hem pln�ní t�etí vrstvy (pohled v �ezu), zdroj: Simcon.de

Ú�astí ve výzkumném projektu Optisys, který byl financován Spolkovým ministerstvem školství a výzkumu (BMBF), firma Simcon, p�ední výrobce simula�ních program� pro analýzu technologie vst�ikování plast�, rozší�ila mo�nosti svého simula�ního programu CADMOULD o simulaci mikrostruktur na povrchu plastových díl�. Mezi další ú�astníky projektu Optisys, se kterými firma Simcon úzce spolupracovala, pat�í p�ední sv�tový dodavatel sv�tlomet� pro automobily a sv�telných systém�, firma Hella GmbH & Co. KGaA, dále firma KraussMaffei Group GmbH, globální dodavatel stroj� a za�ízení pro výrobu a zpracování plast�, jako� i další pr�mysloví partne�i a v neposlední �ad� také Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM, který vyvíjí, zkoumá a ov��uje nové materiály a výrobní procesy, dále zkoumá materiální zm�ny v procesech a dílech a p�edevším vyvíjí �ešení pro optimalizované vyu�ití materiálových vlastností ke zlepšení spolehlivosti, �ivotnosti a bezpe�nosti vyráb�ného dílu.