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HVG-DGG Forschung

 
Publication Nr GFOR16436
Author Edelmann, Jan; Worsch, Christian
 
Title
Wirtschaftliche Glassensorik auf Basis der Prozesskette Heißprägen
 
Keywords
 
Journal
Publication Year 2012
Volume
ISS
Page 39
 
Abstract
Die Ergebnisse bisheriger gemeinsamer Forschungsaktivitäten zeigen das außerordentliche Potential der neuartigen Beschichtungsstrategie für das Heißprägen von Glas, jedoch sind für die Anwendungen auf dem Gebiet der Sensorik wesentliche neue Fragestellungen zu beantworten. Das Forschungsvorhaben soll die neu entwickelte Beschichtungstechnologie zur Trennung von Werkzeug und Glas im Heißprägeprozess für die wirtschaftliche Herstellung von Sensorkomponenten qualifizieren. Dazu soll untersucht werden, welchen Einfluss die Schichtdicke bzw. -struktur auf die zu prägenden Strukturen haben und welche Mindestschichtdicke für die Wirksamkeit der einzelnen Schichten besteht. Die Ergebnisse bisheriger Forschungsarbeiten bestätigen die Wirksamkeit der Beschichtungstechnologie zur Entkopplung der Viskosität im Volumen des Glases von dessen Klebeverhalten an der Grenzfläche zum Formwerkzeug. Es konnten jedoch noch keine optimalen Schicht- dicken für praxisnahe Strukturen dargestellt werden. Das Ziel der Arbeiten besteht darin, aus der Forderung nach einer maximal dehnbaren und gleichzeitig haftmindernd wirksamen Schichtdicke das Optimum für Sensorstrukturen der Mikrooptik und Mikrofluidik zu finden. Ein weiterer dabei wirkender Parameter ist der Einfluss der Schicht auf die Funktion geprägter Komponenten. Dies ist besonders bei dem bisher noch nicht betrachteten Einsatzfeld der Mikrooptik relevant, da nicht bekannt ist, inwiefern bestimmte Beschichtungen die optische Funktion der Bauteile beeinflussen bzw. ob entfernbare Schichten rückstandslos beseitigt werden können oder eine messbare Rückwirkung der Beschichtung auf das fertige Bauteil bestehen bleibt. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird die Zuverlässigkeit der Prägetechnologie bewertet und die Wirtschaftlichkeit der gesamten Prozesskette für komplexe Strukturen der Mikrooptik und Mikrofluidik dargestellt. Daraus wird sich auch ableiten lassen, für welche Strukturen und Anwendungen die Prozesskette gegenüber Alternativverfahren besonders geeignet ist. Die bisherigen sehr guten Erfahrungen beim Verzicht auf eine Werkzeugbeschichtung und Verwendung einer Beschichtung des Glases zur Trennung von Werkzeug und Glas im Heißprägeprozess ermöglichen ein Abformen mit hohen Scherraten bei niedrigen Viskositäten, was sich besonders positiv auf die Abformtreue sowie die Zykluszeit zum Pressen auswirkt. Weiterhin werden die insbesondere für optische Anwendungen schädlichen Eigenspannungen im Glas bereits während der Formausbildung stark reduziert. In diesem Zusammenhang muss auch der Einfluss der Porosität der Schicht bei den keramischen Schichten sowie eventuell durch den Beschichtungsprozess eingebrachte Schichtspannungen auf die Formgebung untersucht werden. Der Innovationscharakter des Projekts liegt in der Nutzung kostengünstiger, etablierter Prozesse zur Beschichtung von Glassubstraten zur Nutzbarmachung der Heißprägetechnologie für die Mikrostrukturierung großflächiger Glassubstrate in optischen und fluidischen Anwendungen. Dies wird durch die Entkopplung der Viskosität des Glases vom Haft- und Klebeverhalten erreicht. Aufwändige und teure Prozessschritte der seriellen Bearbeitung einzelner Glaskomponenten werden dadurch vermieden, wodurch sich darüber hinaus neue Anwendungsfelder bei der Strukturierung von Gläsern in der Mikrosystemtechnik ergeben. Die Erreichung des Forschungsziels bietet die Chance, eine kostengünstige Fertigungstechnologie für mittlere und große Stückzahlen zu erhalten, deren Einsatz für folgende Produkte und Verfahren Einsparungen bedeutet: - Analytiksysteme (Integration optischer und fluidischer Funktionen in Sensorik) - Optoelektronik (diffraktive und refraktive optische Sensoren) - Packaging mikrosystemtechnischer Komponenten - Produktsicherung hochwertiger Glaskomponenten durch holografische Strukturen Mottenaugenstrukturen für Entspiegelungen - pyramidale Strukturen auf Solarzellen zur Erhöhung des Wirkungsgrades. Das Potential der Technologie besteht in der Erschließung eines Verfahrens zur Erzeugung hochkomplexer Geometrien bis in den Submikrometerbereich zur großflächigen Mikrostrukturierung von Flachglas. Damit wird ein wesentlicher Vorteil der abformenden Verfahren, nämlich komplexe hochgenaue Geometrien abzubilden, für die breite Werkstoffgruppe der anorganischen Gläser nutzbar gemacht. Die damit erzielbare deutlich höhere Funktionsintegration lässt auch die Realisierung von Produkten erwarten, die derzeit in Ermangelung kommerziell verfügbarer Fertigungstechnologien nicht herstellbar sind. Darüber hinaus gibt die neue Beschichtungstechnologie für de Glasformgebung wichtige Impulse zur Weiterentwicklung des Blankpressens von optischen Gläsern. Auch hier lassen sich damit die Verfahrensgrenzen deutlich verschieben. Das Forschungsvorhaben 16436 BR der Forschungsvereinigung Europäische Forschungsgesellschaft Dünne Schichten e.V. wurde im Programm zur Förderung der 'Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF)' vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie über die AiF finanziert.
 
Members 30 €
Non Members 30 €
Students 30 €
 
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