Simulation von Mikrostrukturen an der Bauteiloberfläche

Für das Forschungsprojekt OptiSys hat Simcon, Würselen, sein Cadmould-Programm um die Simulation von Mikrostrukturen an den Oberflächen von Kunststoffbauteilen erweitert.

Immer mehr Ober- und Mittelklasseautos und auch Lkws beleuchten die Straßen mit LED-Scheinwerfern. Aufgrund der geringeren Hitzeentwicklung entstehen neue Möglichkeiten, Glas als Hauptwerkstoff für Scheinwerferlinsen zu ersetzen. Zukünftig können Autobauer Scheinwerfer mit leichteren und günstigeren Linsen aus Kunststoff verbauen – die die gleichen hohen optischen Ansprüche wie Glas erfüllen. Das ist das Ergebnis des Forschungsprojekts OptiSys, in dem sich Simcon als Experte für Kunststoffspritzgießsimulation und führende Zulieferer der Automobilindustrie zusammengeschlossen haben. Gemeinsam hat man einen Weg entwickelt, Kunststoff-Mehrschichtlinsen für LED-Scheinwerfer zu fertigen.

In OptiSys wurde unter anderem untersucht, wie Mikrostrukturen an der Linsenoberfläche nach dem Prinzip einer Fresnel-Linse die Streuung des abgestrahlten Lichts verbessern und zugleich Baugröße und Volumen der Linse reduzieren können. Die Mikrostrukturen wurden dabei direkt während des Spritzgießens über eine ins Werkzeug gefräste Geometrie erzeugt. Die Simulation solcher Mikrostrukturen an der Bauteiloberfläche hat Simcon erstmals während des Forschungsprojekts OptiSys durchgeführt. Seitdem führt das Unternehmen solche Berechnungen auch als Dienstleistung im Kundenauftrag durch. Außerdem arbeitet man an der Integration in die Simulationssoftware Cadmould.

Hohe optische Qualität der Linsen

Die hohe optische Qualität der Linsen wird unter anderem durch die Simulation und die Realisierung eines mehrschichtigen Aufbaus aus unterschiedlichen Materialien wie PMMA und PMMI erreicht. Bei der Erarbeitung des mehrstufigen Spritzgießprozesses für die sehr dicken Freiformlinsen setzte Simcon neben Cadmould auch auf eine automatisierte statistische Versuchsplanung per Varimos. Die Software simuliert eigenständig und systematisch eine hohe Anzahl vorgegebener Prozess- und Geometrievariablen und analysiert die Ergebnisse. „Auf dieser Basis entwirft Varimos ein Prozessmodell. Mit diesem Modell konnten Parameter wie Schichtdicken, Angusspunkte, Einspritztemperaturen und -drücke schnell und einfach für die fehlerfreie Fertigung festgelegt werden“, beschreibt Max Mades, Projektmanager in Forschung und Entwicklung.

Erfolgreiche Zusammenarbeit

Weitere Projektbeteiligte von OptiSys sind der Automobilzulieferer für Scheinwerfer und Lichtsysteme, Hella, KraussMaffei sowie weitere Industriepartner und das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM. Das Projekt wurde durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert.

www.simcon.com