%0 Thesis %1 roder2019herstellung %A Röder, Marcel %C Stuttgart %D 2019 %K ifm_diss roeder %P 178 %R 10.18419/opus-10596 %T Herstellung von mikrostrukturierten Kunststoffoptiken %U https://d-nb.info/1197613056 %X Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung von mikrostrukturierten Kunststoffoptiken mittels Spritzgießen. Dabei wurden drei Prozessketten entwickelt. Jede Prozesskette verwen- det unterschiedliche Verfahren zur Herstellung eines mikrostrukturierten Werkzeugeinsatzes, welcher anschließend für die Replikation mittels Spritzgießen eingesetzt werden kann. Der Spritzguss wurde dabei im Spritzprägeverfahren durchgeführt, welches häufig im Bereich Optikspritzguss eingesetzt wird. Die erste Prozesskette beschäftigt sich mit der Mikrostrukturierung mittels Ultrapräzisi- onsbearbeitung am Beispiel der Herstellung von Mikrolinsenarrays. Dabei wird im ersten Schritt ein Werkzeugeinsatz mittels Ultrapräzisionsbearbeitung gefräst und anschließend die optischen Bauteile im Spritzprägeverfahren repliziert. Für die Herstellung des Werkzeugein- satzes wurde eine Frässtrategie entwickelt, die es ermöglicht, hochpräzise Mikrolinsen in einen Werkzeugeinsatz zu integrieren. Dabei wurden 12.000 Mikrolinsen auf einer Fläche von 13x15 mm² hergestellt, wobei die Oberflächenqualität der einzelnen Linsen Ra < 10 nm betrug. Das spritzgeprägte Mikrolinsenarray hatte eine Bauteildicke von 500 μm, wobei die sehr hohe Oberflächenqualität der einzelnen Linsen von Ra < 10 nm beibehalten werden konnte. Die Funktionsfähigkeit der hergestellten Mikrolinsenarray konnte in einem hyper- spektralen Kamerasystem demonstriert werden. Die zweite Prozesskette beschreibt die Mikrostrukturierung mittels Laserdirektschreiben anhand der Herstellung eines diffraktiven optischen Elementes, welches als Nullbrechkraf- telement ausgelegt wurde. Das hergestellt Element besaß dabei zwei gekrümmte Flächen, wovon eine asphärisch und die andere mikrostrukturiert war. Der benötigte strukturierte Werkzeugeinsatz wurde mittels Laserdirektschreiben strukturiert. Dabei wurde eine Mas- terstruktur auf einer gekrümmten Glaslinse erzeugt. Anschließend wurde durch Galvanoko- pieren ein fester Werkzeugeinsatz hergestellt und in ein Spritzprägewerkzeug integriert. Durch die Replikation im Spritzprägeverfahren konnten die diffraktiven Strukturen mit einer Stufenhöhe von 1,65 μm abgeformt werden. Die Funktionsfähigkeit der hergestellten diffrak- tiven optischen Elemente konnten in einem chromatisch konfokalen Messaufbau gezeigt werden. Die Beugungseffizienz der Elemente betrug 73 %. Die dritte Prozesskette befasst sich mit der Herstellung von mikro- und nanostrukturier- ten Bauteilen mittels Spritzprägen. Hierfür wurde eine neuartige Prozesskette etabliert, welche das direkte Strukturieren eines Titan-Werkzeugeinsatzes mittels Ionenstrahlschreiben verwendet. Dadurch konnten Strukturen im Sub-Mikrometerbereich erzeugt werden, welche anschließend im Spritzprägeverfahren in ein Kunststoffbauteil übertragen wurden. Als Mikro- strukturen wurden zum einen Teststrukturen und zum anderen ein diffraktives optisches Element hergestellt. Die Funktionsfähigkeit der dabei hergestellten DOE-Strukturen konnte in einem Versuchsaufbau demonstriert werden. Neben der Entwicklung der drei Prozessketten wird in dieser Arbeit eine Auswahlhilfe für Technologien zur Herstellung von optischen Werkzeugeinsätzen präsentiert. Diese unterstützt die Auswahl einer geeigneten Technologie, wenn ein Werkzeugeinsatz für optische Anwendungen hergestellt werden soll. Dabei wird zwischen mikrostrukturierten und nicht strukturierten Werkzeugeinsätzen unterschieden. Eine ausführliche Erläuterung der Techno- logien beschreibt dabei zusätzlich die Möglichkeiten der einzelnen Technologien sowie deren Einschränkungen.

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