Amélioration des lentilles optiques avec un nouveau grade LSR, modification de surface

Düsseldorf, Allemagne - Le caoutchouc de silicone liquide est un matériau clé utilisé dans les nouveaux phares de route adaptatifs, qui éclairent automatiquement moins les zones occupées de la route et plus de lumière sur les zones inoccupées.

Lors du récent Sommet mondial des élastomères de silicone à Düsseldorf, un fournisseur de matériaux et un spécialiste du moulage ont présenté une présentation sur la façon de mouler les pièces LSR complexes nécessaires aux lentilles matricielles ADB.

Hannes Rieger, responsable de la recherche et du développement chez Elmet Elastomere Produktions und Dienstleistungs GmbH, basé à Oftering, en Autriche, un fabricant de moules et producteur d'équipements de mélange et de dosage LSR, a préparé la présentation, qui a été donnée par François De Buyl, responsable R&D et service technique et développement chez Dow Silicones, basé à Midland, Michigan.

Les lentilles matricielles LSR avec lentille optique intégrée et fonctions de guide de lumière ont d'abord été produites par Hella GmbH & Co. KG, basée à Lippstadt, en Allemagne, sur la voiture Mercedes-Benz Classe E 2016, puis sur la Porsche Panamera, moulée par Optoflux GmbH, basée en Allemagne, avec 84 guides de lumière sur trois rangées.

Pendant ce temps, les progrès du contrôle de la lumière ont permis des pièces d'objectif/guide de lumière à matrice ADB encore assez exigeantes, voire aussi complexes, avec des systèmes de guide de lumière de moins de 84 pixels. Ces pièces de lentille / guide de lumière ADB à faisceaux de route et de croisement intégrés pour la plupart à deux rangées, de plus en plus utilisées comme optiques LSR, se sont propagées à d'autres véhicules, avec divers exemples vus dans des démonstrations en direct par des fabricants de machines de moulage par injection lors de divers salons de l'industrie des plastiques.

De telles optiques ADB se composent maintenant de 10-24 guides de lumière de 6-24 millimètres de longueur avec quatre facettes ou plus et avec des sections de lentille de couplage de sortie de 2-15 mm d'épaisseur. Les angles de dépouille du guide de lumière varient entre 0,5º et 10º ou plus, a déclaré Rieger, soulignant que le démoulage sans contrainte de ces pièces complexes est facilité par des éléments de préhension latéraux intégrés et l'utilisation d'un outillage d'extrémité de bras sous vide (EOAT) pour le retrait des pièces du moule.

Plus de 10 ans de technologie de verres ADB en silicone ont abouti à des verres Dow Silastic MOS utilisés dans plus de 4 millions de véhicules dans le monde, dans plus de 30 modèles, avec plus de 10 approbations de fournisseurs automobiles de niveau 1, via un réseau de plus de 10 mouleurs.

Les phares ADB restent les plus répandus en Europe, mais ils sont utilisés dans le monde entier, sauf aux États-Unis, où la National Highway Traffic Safety Administration les a approuvés, mais des obstacles sont rencontrés en raison d'exigences d'éclairage très strictes.

Les premières lentilles matricielles ADB ont été moulées en Dow Silastic MS-1002, mais les performances améliorées proviennent d'une nouvelle génération de LSR Dow MS 5002. Cela implique une viscosité du composant de la partie A beaucoup plus élevée et une viscosité de la partie B légèrement inférieure, la viscosité mixte après 48 heures étant beaucoup plus faible à 30 000 millipascals par seconde par rapport à 65 000 mPa.s pour le MS-1002.

Le nouveau matériau est plus facilement et plus précisément mélangé et moulé grâce à la viscosité plus faible, et les propriétés post-durcies sont très proches en termes de dureté Shore A et de résistance à la traction. Pourtant, l'allongement à la rupture est significativement plus élevé à 96 % au lieu de 80 %.

Selon Dow, le MS-5002 permet une réticulation améliorée à travers une gamme de températures de moulage grâce à l'optimisation de la concentration du catalyseur au platine et de l'inhibiteur, ainsi qu'à "une conception et une sélection soignées de l'agent de réticulation", avec la structure de l'oligomère de réticulation Si-H siloxane contrôlant la vitesse de durcissement en fonction de la température.

Le moulage d'une lentille ADB à 16 guides de lumière à deux rangées dans un moule interne de Dow, développé en collaboration avec la société autrichienne ACH Solution Hefner Molds GmbH, sur une machine de moulage par injection Engel eMac, a montré en mesurant l'intensité lumineuse relative, un encrassement inacceptable du moule sur les guides de lumière depuis les surfaces intérieures des inserts de moule après 1 800 à 2 500 tirs avec le MS-1001. Mais cela ne s'est produit qu'après 7 000 à 10 000 prises de vue avec le MS-5002, montrant un potentiel de productivité quatre à cinq fois plus élevé.

Des essais effectués sur une machine Engel Victory 330/120 Tech ont montré qu'il y avait une réduction de 50 % du temps de durcissement causée par le chauffage induit par le cisaillement lors de l'augmentation de la vitesse d'injection de 5 centimètres cubes par seconde à 130 °C à 110 cm3/s à 180 °C. Mais une vitesse légèrement inférieure est suggérée, car le moulage à 180 °C rend difficile la production de pièces optiques parfaites.

Une attention particulière a été accordée au temps de durcissement rapide, car l'épaisseur combinée des guides de lumière et des sections de lentille de couplage de sortie intégrées est plus grande qu'avec les premières lentilles ADB, s'élevant ensemble à 24,5 mm au centre. "Cela entraîne des temps de cycle difficiles pour la production de masse par moulage par injection de liquide", déclare Dow.

Un autre aspect des lentilles optiques matricielles LSR ADB et des lentilles LSR en général a été abordé dans une présentation d'Andreas Schäfert, directeur du développement commercial des dispositifs médicaux chez Wilhelm Weber GmbH & Co. KG, mouleur et fabricant de moules basé à Esslingen en Allemagne.

Schäfert a parlé de la modification de surface des optiques LSR moulées par injection. Il a commencé par décrire un inconvénient du LSR en termes de surfaces collantes qui ont tendance à accumuler de la poussière et d'autres contaminants difficiles à éliminer, ainsi qu'une "sensation inconfortable et collante sur la peau".

Weber connaît bien les problèmes de lentilles matricielles ADB, car il a produit des lentilles matricielles LSR pour les phares Hella de la voiture Audi A8 avec 32 guides de lumière intégrés sur deux rangées.

Weber a travaillé avec le département PLATO basé à Brême, en Allemagne, pour la technologie et les surfaces plasma à l'institut Fraunhofer IFAM pour la technologie de production et les matériaux avancés sur l'utilisation du rayonnement ultraviolet sous vide (VUV) dans une longueur d'onde de 100-200 nm pour modifier les surfaces LSR pour les rendre si lisses et non collantes qu'elles n'attirent plus la contamination.

Le rayonnement VUV rompt certaines liaisons carbone CH3 des couches moléculaires supérieures, ce qui entraîne la formation de radicaux O et O3 entre la source VUV et le LSR, qui se lient à d'autres parties de la molécule de silicone pour former, en fonction du dosage VUV, une structure moléculaire en verre SiO2 de 2 à 50 μm d'épaisseur. Le revêtement est suffisamment mince pour ne pas provoquer de modification significative des trajets des faisceaux lumineux.

Le procédé de modification breveté OpSiLIGHT ou SilMoLight fonctionne avec une source Xénon-Excimère incohérente de 172 nm plus rapidement qu'avec une lampe au mercure basse pression de 185 nm, mais cette dernière donne un meilleur résultat grâce à des couches modifiées plus épaisses. Schäfert a parlé de temps de traitement du système VUV compris entre 20 secondes et 5 à 10 minutes.

Schäfert a également montré une carte de circuit imprimé à LED avec 98 LED qui avaient été surmoulées avec des lentilles LSR. Un test avec la moitié du circuit imprimé non traité et l'autre moitié traitée VUV a montré comment des fibres de nylon de 0,3 mm de long pouvaient, après agitation, être facilement soufflées de la moitié traitée par de l'air comprimé, tandis que la poussière de nylon restait sur la moitié non traitée. Des tests similaires ont également été effectués avec de la poussière appliquée sur des lentilles matricielles LSR, avec des images au microscope montrant clairement toute la poussière éliminée en soufflant des lentilles traitées VUV mais retenue sur des lentilles non traitées.

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