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Hintergrund
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines zumindest teilweise lichtdurchlässigen Formkörpers, der mindestens einen lichtreflektierenden Bereich aufweist, auf den Abbilder graphischer Darstellungen und/oder schriftlicher Informationen projizierbar sind. Die Erfindung betrifft ferner einen Formkörper, vorzugsweise hergestellt mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens, der einen Grundkörper, welcher zumindest teilweise lichtdurchlässig ist, sowie eine Folie, die zumindest teilweise mit dem Grundkörper verbunden ist, umfasst und auf den Abbilder graphischer Darstellungen und/oder schriftlicher Informationen projizierbar sind.
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Stand der Technik
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Insbesondere im Automobilbereich sind spezielle Anzeigevorrichtungen, die den jeweiligen Fahrzeugführer mit notwendigen Informationen versorgen, von besonderer Bedeutung. Dabei finden in zunehmendem Maße Anzeigevorrichtungen Verwendung, die außerhalb der Armaturentafel, im Blickfeld des Fahrzeugführers angeordnet sind. Mit Hilfe solcher sogenannter „Head-up-Displays“ werden dem Fahrzeugführer die wichtigsten Fahrerinformationen, wie beispielsweise Geschwindigkeit, Navigationshinweise oder Gefahrensymbole, im direkten Sichtbereich angezeigt. Hierzu wird ein virtuelles Bild vor der Windschutzscheibe erzeugt, so dass der Fahrzeugführer, ohne die Augen neu fokussieren zu müssen, gleichzeitig die Umgebung und die Fahrerinformationen erkennen kann. Das virtuelle Bild kann zum einen direkt durch die Windschutzscheibe oder zum anderen an einer spiegelnden, lichtdurchlässigen Scheibe im Sichtfeld des Fahrzeugführers vor der Windschutzscheibe erzeugt werden. Bei Verwendung der spiegelnden, lichtdurchlässigen Scheibe, auch „Combiner“ genannt, wird die optische Funktion inklusive der hohen geometrischen Toleranzanforderungen von der Windschutzscheibe auf den Combiner übertragen. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise bei einem Tausch einer defekten Windschutzscheibe keine Vorselektierung erfolgen muss, um den Toleranzanforderungen gerecht zu werden. Combiner können sowohl aus bruchsicherem Glas als auch aus Kunststoff hergestellt werden. Üblicherweise bestehen die Kunststoff-Combiner aus thermoplastischen Polymeren, die durch Spritzgieß- oder Spritzprägeverfahren in einer Spritzgießanlage geformt werden. Die Realisierung der hohen Toleranzanforderungen stellt dabei jedoch eine große Herausforderung dar. Um trotzdem die hohen Anforderungen, wie zum Beispiel die Doppelbildreduzierung, an den Bauteilen realisieren zu können, müssen daher spezielle Antireflexbeschichtungen aufgebracht werden.
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Aus der
DE 103 03 240 A1 ist beispielsweise ein Combiner bekannt, der eine Kunststoffbasis aus thermoplastischem Polymer umfasst, die mit einem Reflektionsteil einstückig vergossen ist, welches eine von einer Reflektionsschicht aus beispielsweise Titandioxid bedeckte Polarisatorplatte aufweist.
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Reflektierende Spiegel für optische Systeme, wie z. B. „Head-up-Displays“, werden aktuell serienmäßig aus thermoplastischen Kunststoffen in mehreren aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt. Hierzu werden zunächst durch das Spritzgieß- oder Spritzprägeverfahren auf einer Standard-Spritzgießmaschine Grundkörper abgeformt. Diese werden in einem nachfolgenden Prozessschritt in einer separaten Beschichtungsanlage aufwendig mit einer Reflektionsschicht beschichtet. Der Prozessschritt erfolgt insbesondere bei kleinen Stückzahlen in Beschichtungsanlagen, die nicht vor Ort sind. Durch die räumliche Trennung zwischen beiden Prozessschritten ist es notwendig, einen separaten Reinigungs- und Aktivierungsvorgang zwischenzuschalten, bei dem die Rohlingoberflächen von eventuell anhaftenden Verunreinigungen befreit werden. Die Aktivierung ermöglicht eine bessere Haftung zwischen den Komponenten. Auf dem Markt gibt es nur wenig thermoplastische Kunststoffe, die für die Beschichtungsbedingungen und den späteren Einsatz in präzisen optischen Systemen bei hohen Temperaturen geeignet sind. Der Preise für diese Materialien sind dementsprechend hoch. Serienmäßig wird das Hinterspritzen von Folien mit thermoplastischen Kunststoffen zu Dekorzwecken eingesetzt. Dabei wirken hohe Einspritzdrücke auf die Folien und verändern deren Oberflächenstruktur. Für hochpräzise Reflektionsspiegel ist dieses Verfahren somit nicht geeignet.
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Aufgrund ihrer höheren thermischen und chemischen Beständigkeit werden auch duroplastische Polymere für Head-up-Displays verwendet, wobei diese ebenfalls in Spritzgieß- oder Spritzprägeverfahren verarbeitet werden. Aus der
DE 10 2010 028 060 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zur Herstellung beschichtbarer optischer Abbildungselemente für Anzeigevorrichtungen in Fahrzeugen bekannt, die aus einer auf einem Kunststoff basierenden Spritzprägemasse mit einem Spritzprägewerkzeug und mit einem Stanzwerkzeug hergestellt werden, wobei als Kunststoff ein duroplastisches Polymer eingespritzt wird. Zur Abstimmung auf ihre optische Funktion müssen die Abbildungselemente bei diesem bekannten Verfahren anschließend aber ebenfalls noch beschichtet werden.
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Aus der
DE 103 09 811 A1 und der
DE 10 2008 009 438 A1 ist ein Verfahren zur Veredelung der Oberflächen von Bauteilen aus faserverstärkten Kunststoffen bekannt, bei dem eine Kunststofffolie mittels Folien-Hinterpressen oder Folien-Resin-Transfer-Moulding mit dem Kunststoff, der ein thermo- oder duroplastisches Polymer umfassen kann, verbunden wird.
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Aus der
EP 0 123 374 A1 ist beispielsweise das „Inmould-Coating“ (IMC-Verfahren) bekannt, bei dem „sheet molding compounds“ (SMC) mit einer dünnen Beschichtung überzogen werden. Hierzu wird nach der Aushärtung des duroplastischen Materials eine Werkzeughälfte des Werkzeugs geöffnet und eine entsprechende Lackmenge in den Hohlraum eingefüllt. Durch erneutes Schließen wird der Lack auf der zu beschichtenden Oberfläche verteilt und härtet anschließend aus.
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In vielen optischen Systemen wie unter anderem auch in „Head-up-Display“ (HUD)-Systemen werden reflektierende Projektionsflächen mit Mikrostrukturen auf der Oberfläche verwendet, um Lichtstrahlen in eine definierte Richtung zu führen. Diese Projektionsflächen bestehen aufgrund der hohen Anforderungen bezüglich Abformgenauigkeit oder Haftung einer Beschichtung aus teuren thermoplastischen Kunststoffen und werden im Spritzprägeverfahren hergestellt. Um die hohe Abformgenauigkeit zu erreichen, werden aufwendige Werkzeugtechniken, wie zum Beispiel variotherme Temperierung, benötigt, die einen höheren Kosten- und Zeitaufwand erfordern. Die Mikrostrukturen in den Spritzgießwerkzeug-Formeinsätzen sind in eine spezielle Nickelbeschichtung eingearbeitet und deshalb nicht so hart wie in Stahl-Formeinsätzen. Daher verringern die meisten verstärkten thermo- und duroplastischen Kunststoffe durch das direkte Einspritzen der Kunststoffschmelze die Standzeit der Nickelstrukturen stark. Da bei der Anwendung der Projektionsflächen, zum Beispiel im KFZ, hohe Temperaturen entstehen können, hat die Wärme einen großen Einfluss auf die Formstabilität und damit die optimale Lichtführung. Bei thermoplastischen Kunststoffen mit nicht ausreichender Formstabilität, kann deshalb die hohe Temperatur zu Änderungen und Verzerrungen im projizierten Bild führen. Die Mikrostrukturen werden direkt nach dem Spritzprägen mit einer reflektierenden Oberfläche beschichtet. Die Haftung dieser Beschichtung zum thermoplastischen Kunststoff stellt ebenfalls eine große Herausforderung dar und ist bei UV-Lichttests oder anderen Bauteilprüfungen nicht immer langzeitbeständig.
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Die
DE 101 20 463 A1 offenbart ein Verfahren zum Verbinden einer Folie mit einem thermoplastischen Kunststoffmaterial, wobei bei der Verbindung in einem Werkzeug eine Mikrostruktur in die Folie eingeformt wird. Zu diesem Zweck wird die Folie in das Werkzeug eingelegt und dann der Kunststoff mittels Spritzguß in das Werkzeug eingebracht, wobei sich der Kunststoff durch den Druck und die Erwärmung mit der Folie verbindet.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches einen alternativen und kostengünstigen Zugang zu temperatur- und formbeständigen Reflektionsspiegeln für optische Systeme, wie z.B. „Head-up-Displays“, ermöglicht. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, einen Formkörper zu schaffen, der auch bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit optische Funktionen einwandfrei ausführen kann.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei dem eine zumindest teilweise lichtreflektierende Folie in einem Werkzeug mit einem duroplastischen Polymer verbunden wird. Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung des Herstellungsverfahrens ist es in vorteilhafter Weise möglich, sehr temperatur- und formbeständige Reflexionsspiegel, beispielsweise für „Head-up-Displays“, herzustellen. Hierzu wird eine reflektierende Folie während der Formfüllung direkt im Werkzeug mit duroplastischem Kunststoff verbunden. Da Kunststoffmasse im Werkzeug niedrigviskos wird, genügt ein geringer Einspritzdruck, um das Bauteil auszuformen. Somit wird die Folie nur sehr gering belastet und behält die gut reflektierende Oberfläche. Nach dem Aushärten der Kunststoffmasse ist das Bauteil auch bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit sehr dimensions- und formstabil und kann die optische Funktion dauerhaft gewährleisten. Das erfindungsgemäße Verfahren hat ferner den Vorteil, dass günstigere Werkstoffe eingesetzt und durch die Integration von Formgebung und Beschichtung Arbeits- und Anlagenkosten sowie Herstellungs- und Logistikzeit eingespart werden können.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Folie während der Formfüllung, vorzugsweise im Transfer-Molding-Verfahren, mit dem duroplastischen Polymer verbunden wird.
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In weiterer besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Folie, vorzugsweise mittels einer Stanzvorrichtung, auf das duroplastische Polymer gepresst wird.
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Die Folie ist vorzugsweise eine mikrostrukturierte Folie.
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Alternativ kann die Mikrostruktur auch in dem Werkzeug in die Folie geprägt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in vorteilhafter Weise die Herstellung einer mikrostrukturierten Projektionsfläche aus einem Duroplastträger und einer beschichteten Folie, die auch bei hohen Temperaturen, zum Beispiel im KFZ, formstabil bleibt und bezüglich Quellung kein Wasser aufnimmt. Gleichzeitig werden die auf die Folien aufgebrachten Mikrostrukturen sowie die reflektierende Beschichtung auf der Oberfläche nicht beschädigt. Die Strukturen werden vielmehr im Spritzgießwerkzeug optimal abgeformt und lassen sich gut mit einer reflektierenden Oberfläche beschichten. Nur mit gleichbleibenden Strukturen können die Lichtstrahlen im System optimal geführt werden und erzielen die gewünschte Wirkung. Ein besonderer Vorteil bezüglich Fehlerquellen und Kosten ergibt sich dadurch, dass die Strukturen sowie die reflektierende Beschichtung vor dem Transfermolding Prozess online auf die Folie aufgebracht werden können.
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Mit dem Transfermolding-Verfahren kann durch die Verwendung eines kostengünstigen Duroplastkunststoffs (zum Beispiel Epoxid-Niederdruckpressmasse) als Grundkörper in Verbindung mit einer beschichteten und mikrostrukturierten Folie eine formstabile Projektionsfläche hergestellt werden, die kaum Wasser aufnimmt. Durch die niedrige Viskosität der Kunststoff-Masse fließt das Duroplast sehr leicht und füllt die Kavität hinter der Folie mit einem geringen Werkzeuginnendruck. Dieser wird durch Drucksensoren geregelt, so dass der Prozess sehr stabil und reproduzierbar ist. Da als Folienmaterial ein hochtemperaturbeständiger Kunststoff (zum Beispiel Polyetherimid PEI) verwendet werden kann, schmilzt die Folie bei den hohen Werkzeugtemperaturen nicht auf. Die Mikrostrukturen können durch unterschiedliche Verfahren, wie zum Beispiel das Laser- oder Lithographieverfahren, auf einer Endlosfolie von Rolle zu Rolle aufgebracht werden. Anschließend kann die Endlosfolie von Rolle zu Rolle mit einer reflektierenden Schicht im Vakuum metallisiert werden. Zur finalen Fertigstellung der Projektionsfläche wird die Folie durch das Transfermolding-Werkzeug gezogen und beim Schließen des Transfermolding-Werkzeugs passend ausgestanzt. Beim Einsatz einer Multiplungeranlage und mehrerer Transfermolding-Werkzeuge nebeneinander können mehrere Projektionsflächen gleichzeitig hergestellt werden. Somit kann durch die Online-Strukturierung, Metallisierung und das Transfermolding der Endlosfolie hoher Kosten- und Zeitaufwand für zum Beispiel Anlagen, Logistik und Personal eingespart werden. Gleichzeitig werden die Fehlerquellen reduziert.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ferner vorgesehen, dass mindestens eine Kavitätsoberfläche des Werkzeugs mit einer Polytetrafluorethylen (PTFE)-Beschichtung (z.B. Teflon®) versehen ist, wobei die Folie derart in das Werkzeug eingebracht wird, dass sie auf der PTFE-Beschichtung angeordnet ist. Die zusätzlich auf einer Kavitätsoberfläche aufgebrachte PTFE-Beschichtung fängt den geringen Spritzdruck unter der Folie ab. Durch diese vorteilhafte Maßnahme werden die Mikrosstrukturen und die Beschichtung nicht zerdrückt und es entsteht eine gute Haftung zwischen Folie und vernetztem Duroplastträger.
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Die Aufgabe wird ferner durch einen Formkörper der eingangs genannten Art gelöst, der einen Grundkörper umfasst, welcher zumindest teilweise aus einem duroplastischen Polymer besteht, und bei dem die Folie mindestens einen lichtreflektierenden Bereich aufweist. Der erfindungsgemäße Formkörper ist sehr beständig gegenüber Umwelteinflüssen und führt auch bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit seine optische Funktion als Reflektionsspiegel einwandfrei aus. Der Formkörper kann in allen Systemen zum Einsatz kommen, bei denen durch Spiegel Lichtstrahlen umgelenkt werden sollen (z.B. Scheinwerferreflektoren oder „Head-up-Displays“).
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Formkörpers ist vorgesehen, dass das duroplastische Polymer ein Polymer auf Epoxidharzbasis ist. Da eine Epoxid-Niederdruckpressmasse im Werkzeug sehr niedrigviskos wird, genügt ein Einspritzdruck von ca. 30 bis 50 bar um das Bauteil auszuformen. Somit wird die Folie nur sehr gering belastet und behält die gut reflektierende Oberfläche. Nach dem Aushärten der Epoxid-Niederdruckpressmasse ist der erfindungsgemäße Formkörper auch bei hoher Temperatur und Luftfeuchtigkeit sehr dimensions- und formstabil und kann die optische Funktion dauerhaft gewährleisten. Ebenfalls besitzt die Epoxid-Niederdruckpressmasse eine gute Haftfähigkeit zu Metall- oder Kunststofffolien.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Formkörpers ist vorgesehen, dass die Folie eine Metallfolie oder eine beschichtete, vorzugsweise einseitig metallisierte, Kunststofffolie ist, wobei die Kunststofffolie vorzugsweise aus einem hochtemperaturbeständigen thermoplastischen Polymer besteht.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Formkörpers ist ferner vorgesehen, dass die Folie mit einer Mikrostruktur versehen ist. Entwicklung eines Verfahrens zur Fertigung einer mikrostrukturierten Projektionsfläche aus einem Duroplastträger und einer beschichteten Folie, die auch bei hohen Temperaturen, zum Beispiel im KFZ, formstabil bleibt und bezüglich Quellung kein Wasser aufnimmt. Gleichzeitig dürfen die auf die Folien aufgebrachten Mikrostrukturen sowie die reflektierenden Beschichtung auf der Oberfläche nicht beschädigt werden. Nur mit gleichbleibenden Strukturen können die Lichtstrahlen im System optimal geführt werden und erzielen die gewünschte Wirkung. Ein großer Vorteil bezüglich Fehlerquellen und Kosten ergibt sich, wenn die Strukturen sowie die reflektierende Beschichtung vor dem Transfermolding Prozess online auf die Folie aufgebracht werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner die vorteilhafte Verwendung des erfindungsgemäßen Formkörpers als Bestandteil eines Head-up-Display-Systems.
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Die Erfindung wird im Weiteren anhand der folgenden Figuren beispielhaft näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Transfermolding-Werkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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2 zeigt eine schematische Darstellung der unteren Hälfte des Werkzeugs gemäß 1.
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3 zeigt eine schematische Darstellung eines Spritzgieß-Werkzeugs mit Duroplastaggregat und eingespritzter Duroplastmasse zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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4 zeigt eine schematische Darstellung der Auswerferseite nach dem Öffnen des Werkzeugs gemäß 3.
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5 zeigt eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Transfermolding-Werkzeugs zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit ausgestanzter Folie.
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6 zeigt eine schematische Darstellung der Auswerferseite des Werkzeugs gemäß 5 nach Ende des Prozesses.
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Der erfindungsgemäße Formkörper umfasst auf der Frontseite eine einseitig metallisierten Folie, z.B. Kapton PI (Polyimid), die die 180°C Werkzeugtemperatur schadlos aushält, oder eine Metallfolie, die einseitig eine definierte Spiegelfläche aufweist. Der hintere Haltbereich des Formkörpers umfasst eine duroplastische Epoxid-Niederdruckpressmasse, die kaum Feuchtigkeit aufnimmt und durch ihren hohen Füllstoffgehalt sehr dimensions- und formstabil ist. Am Haltebereich können Griffe für die Fixierung des Bauteils im Gesamtsystem mit ausgeformt werden. Die zugeschnittene einseitig reflektierende Folie 2 wird mit der Spiegelseite auf die polierte Kavitätsoberfläche des in 1 dargestellten Transfermolding-Werkzeugs 1 gelegt. Ein wieder verwendbarer Abdichtrahmen 3, z.B. aus dem spritzgießbarem Thermoplast Perfluoralkoxy-Copolymer (PFA), ermöglicht die Fixierung der Folie 2 und die gratfreie Abdichtung im Transfermoldingprozess. Der Abdichtrahmen 3 wird in einem separaten Standard-Spritzgießprozess hergestellt und kann in mehreren Fertigungszyklen wiederverwendet werden. Um die Folie 2 zusätzlich zu fixieren und Luftbrenner im Moldkörper zu vermeiden, wird gleichzeitig noch ein Vakuum in der Kavität angelegt (Dichtung 11 in 1 und 2). Das auf ca. 180°C temperierte Werkzeug 1 wird geschlossen und die vorher gekühlten EP-Niederdruckpressmasse-Tabletten werden eingelegt. Mit dem Einspritzkolben 4 der Transfermolding-Presse wird die niedrigviskose Epoxid-Niederdruckpressmasse 5 mit ca. 30–50 bar in die Kavität gepresst. Bevor der Vernetzungsprozess beginnt, stanzt der untere Stanzblock 6 mit einem minimalen Hub die Folie 2 und den Anschnitt vom Bauteil ab. Der Gegenblock 7 in der Oberseite des Werkzeugs 1 verfährt synchron gegen eine Federung 8 und schiebt das Packet in seine Ursprungslage zurück. Nach einer definierten Vernetzungszeit öffnet sich das Werkzeug 1 und der Stanzblock 6 stößt den getrennten Formkörper 9 mit Haltegriffen 10 sowie den Abdichtrahmen 3 mit Anguss 12 aus (2). Der Formkörper 9 wird entnommen und zur abschließenden Vernetzung in einen separaten Temperofen gelegt.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner durch die Verwendung von kostengünstigen duroplastischen Kunststoffen als Grundkörper in Verbindung mit einer thermoplastischen Folie eine formstabile Projektionsfläche mit Mikrostrukturen hergestellt werden, die nahezu kein Wasser aufnimmt. In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird am strukturierten Formeinsatz ein Vakuum angelegt, wodurch die von Rolle zu Rolle durch das Werkzeug geführte Thermoplastfolie angesaugt, positioniert und fixiert wird. Gleichzeitig entstehen zwischen Werkzeugoberfläche und Folie keine Lufteinschlüsse. Ferner wird durch die hohen Werkzeugtemperaturen, welche beim Verarbeiten von Duroplast benötigt werden, die Folie plastisch verformbar. Nachdem die leichtfließende Duroplastmasse eingespritzt und teilvernetzt ist, prägt ein Werkzeugstempel gleichmäßig den Duroplastträger gegen die Folie und formt somit die strukturierte Oberfläche sehr gut ab. Gleichzeitig schützt die Folie die strukturierte Nickel-Werkzeugoberfläche gegen Abrasion durch die Duroplastmasse. Bei Duroplast-Reflektoren wird standardmäßig eine lösemittelhaltige Lackschicht zum Ausgleich der Oberflächenunebenheiten und überstehenden Glasfasern sprühtechnisch aufgetragen. Diese Schritte werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in einem Arbeitsgang im Spritzgießwerkzeug mit Stanzvorrichtung realisiert und die Umwelt wird zusätzlich durch den Entfall von Lösemittel geschont.
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Für die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Fertigung eines mikrostrukturierten Formkörpers werden beispielsweise eine Spritzgießmaschine mit Duroplastaggregat und eine Folienzuführung von Rolle zu Rolle benötigt. Zur besseren Haftung zwischen der Duroplastmasse und der Thermoplastfolie kann die entsprechende Folienseite mit Plasma vorbehandelt oder mit einer Laserstruktur versehen werden. In dem Spritzgieß-Werkzeug 20 gemäß 3 ist ein Prägestempel 21 mit integriertem Stanzblock eingebaut. Die thermoplastische Folie 22 wird von Rolle zu Rolle über die mikrostrukturierte Werkzeugseite geführt und beim Schließen des Werkzeuges 20 automatisch abgestanzt. Damit die Folie 22 optimal positioniert und fixiert wird und gleichzeitig keine Luftblasen eingeschlossen werden, wird nach dem Schließen des Werkzeugs 20 der Bereich zwischen mikrostrukturiertem Werkzeugeinsatz und Folie 22 evakuiert (Vakuumanschluss 23 und Vakuumdichtung 24 in den 3 und 4). Nachdem die Folie 22, aus zum Beispiel Polycarbonat (PC), mit einer Schmelz- bzw. Glasübergangstemperatur von ca. 150°C an der mikrostrukturierten Oberfläche anliegt, erwärmt sie sich bei ca. 160°C Werkzeugtemperatur und wird plastisch verformbar. Anschließend wird die Duroplastmasse 25, zum Beispiel BMC (Bulk Molding Compound) oder PF (Phenolharz), in die Kavität des Werkzeugs 20 eingespritzt, wobei der Druck mit Hilfe des Drucksensors 26, der den von der Federung 27 des Gegenstanzblocks 28 aufgenommen Druck misst, geregelt wird. Nach einer bestimmten Vernetzungszeit drückt der Prägestempel 21 des Werkzeugs 20 den Duroplastträger gleichmäßig über die ganze Fläche gegen die Folie 22 in die Mikrostruktur und bildet die formstabile Projektionsfläche ab. Nach der abschließenden Vernetzungszeit wird das Spritzgieß-Werkzeug 20 geöffnet (4) und der fertige Formkörper 29 mit angeformten Anschraubpunkten 30 mit einem Handling entnommen. Anschließend kann der Formkörper 29 einer Beschichtungsanlage zugeführt werden.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung können zur Herstellung von mikrostrukturierten Formkörpern gemäß der Erfindung, neben einer Transfermolding-Presse oder Multiplunger-Anlage für die Träger, auch eine Laser- oder Lithographie- sowie Metallisierungsanlagen für die Folie eingesetzt werden. Im ersten Schritt wird eine Endlos-Kunststofffolie aus zum Beispiel PEI (Polyetherimid) von Rolle zu Rolle auf eine bestimmte Breite zugeschnitten. Unter Reinraumbedingungen (Klasse 7) werden auf der Oberfläche parzellenweise mit dem Laser- oder Lithographieverfahren die Mikrostrukturen eingebracht. Anschließend wird von Rolle zu Rolle im Vakuum eine reflektierende Oberfläche auf die Strukturen metallisiert. Bevor die Folie durch das Transfermolding-Werkzeug läuft, kann die nicht strukturierte Rückseite mit Plasma behandelt werden, um die Haftung zur Kunststoff-Masse zu erhöhen. Im nächsten Schritt läuft die Folie 41 ins Transfermolding-Werkzeug 40 und wird beim Schließen auf die passende Größe der Kavität gestanzt (5). Gleichzeitig wird unterhalb der Folie 41 mittels eines Vakuumanschlusses 42 durch die Auswerferbohrung 43 die Kavität evakuiert, damit keine Luftblasen zwischen Folie 41 und der Kavitätswandung entstehen. Da die Temperatur im Transfermolding-Werkzeug 40 bei ca. 170°C liegt und der Kunststoff, z.B. PEI, bis ca. 200°C formstabil bleibt, behalten die Mikrostrukturen ihre Form. Im nächsten Schritt wird die Epoxid-Niederdruckpressmasse 44 durch den Einspritzkolben 45 druckgeregelt in die Kavität gepresst. Im Vorderbereich der Kavität und am Fließwegende sind zwei Drucksensoren 46 angeordnet, die entsprechende Signale an die Maschinensteuerung geben. Somit wird ein maximaler Einspritzdruck von 30 bar nicht überschritten. Ebenfalls ist auf der Kavitätsoberfläche unter der Struktur der Folie 41 eine PTFE-Schicht 47 (< 0,5mm) aus zum Beispiel dem Thermoplast PerfluoralkoxyCopolymer (PFA) aufgebracht. Dieser Teflon®-Kunststoff schmilzt bei 170°C nicht auf, sondern wird nur weich und fängt den Druck auf die Strukturen ab. Zusätzlich entsteht keine Haftung zu dem Kunststoff. Mit der Kombination aus geringem Spritzdruck und einer weichen PTFE-Schicht 47 unter der Folie 41 behalten die beschichteten Mikrostrukturen beim Einpressen der Epoxid-Niederdruckpressmasse 44 ihre ursprüngliche Form. Nach einer bestimmten Vernetzungszeit drückt der Stanzblock 48 gegen den mittels einer Federung 49 gefederten Gegenstanzblock 50 und stanzt dabei die Folie 41 sowie den Anschnitt 51 auf die gewünschte Größe ab. Ebenfalls können dabei Anschraubhalterungen 52 mit ausgestanzt werden, an denen später die Projektionsfläche im System befestigt werden kann (6). Nach der endgültigen Vernetzungszeit wird der Stanzblock 48 zurückgezogen und das Werkzeug 40 geöffnet (6). Nun drückt der Stanzblock 48 den fertig metallisierten Formkörper 53 mit stabilem Träger sowie mit den seitlichen Auswerfern die Randschicht mit Anschnitt 51 aus dem Transfermolding-Werkzeug 40. Ein Handling entnimmt den Formkörper 53 und fegt ihn in einen Blister.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Formkörper können für eine Vielzahl von mikrostrukturierten Projektionsflächen und in vielen Variationsmöglichkeiten eingesetzt werden. In optischen Systemen, wie zum Beispiel Head-up-Display-Systemen, die hohe thermische Anforderungen haben, bieten nach dem erfindungsgemäßen Verfahren gefertigte Formkörper eine Vielzahl von Möglichkeiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10303240 A1 [0003]
- DE 102010028060 A1 [0005]
- DE 10309811 A1 [0006]
- DE 102008009438 A1 [0006]
- EP 0123374 A1 [0007]
- DE 10120463 A1 [0009]
