Die passende Beschichtung für jedes Glas-Umformwerkzeug

Oberflächen 10. 06. 2022
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Optische Komponenten mit komplexen Geometrien wie Asphären, Linsenarrays oder Freiformoptiken lassen sich durch Glasumformung effizient und kostengünstig fertigen. Das ständige Aufheizen, Umformen und Abkühlen führt allerdings dazu, dass die Umformwerkzeuge bereits nach wenigen Anwendungen stark verschleißen. Schutzbeschichtungen können die Lebensdauer der Werkzeugoberflächen verlängern. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT hat seinen Maschinenpark nun um eine Anlage zur Diamond-Like-Carbon-Beschichtung (DLC) erweitert. Damit kann das ­Aachener Institut nach eigenen Angaben nun als einzige Einrichtung in Europa Forschungsarbeiten zu Beschichtungslösungen für alle Arten von Umformwerkzeugen und Glassorten anbieten.

Die Werkzeuge zur Glasumformung ­werden in jedem Presszyklus auf bis zu 800 °C erhitzt, pressen den ebenfalls heißen Glasroh­ling und kühlen anschließend wieder herunter. Die Folge dieser enormen thermochemischen Belastung ist ein schnelles Versagen der Werkzeuge, etwa durch Glasanhaftungen. Um die Standzeiten des Werkzeugs zu verlängern, lassen sich spezielle Schutzbeschichtungen auf die Werkzeugoberflächen auftragen.

Verschiedene Glassorten benötigen unterschiedliche Werkzeugbeschichtungen

Das Fraunhofer IPT hat in den vergangenen Jahren in mehreren Forschungsprojekten erfolgreich Edelmetall- und nitridische Hartstoffschichten als Schutzbeschichtungen für verschiedene Glas-Umformwerkzeuge entwickelt und bis zur industriellen Anwendung gebracht. So sind zum Beispiel Edelmetallbeschichtungen speziell dafür ausgelegt, die Standzeit von Umformwerkzeugen für Kalk-Natron-Gläser zu verlängern, die unter anderem als Behälterglas und Flachglas eingesetzt werden. Nitridische Hartstoffe eignen sich hingegen sehr gut zur Beschichtung von Umformwerkzeugen für Chalkogenidgläsern für Infrarotanwendungen.

Mit der Anschaffung der neuen Diamond-­Like-Carbon-Beschichtungsanlage FCVA Coating System LFFSI-6X des Herstellers NanoFilm Technologies International Ltd. kann das Fraunhofer IPT nun auch Beschichtungen für weitere industriell nachgefragte Glassorten wie Fluorophosphatglas anbieten. Die Anlage verwendet die sogenannte FCVA-Technologie (Filtered Cathodic Vacuum Arc), mit der extrem glatte, defektfreie Schichten hergestellt werden können. Diese Schichten bestehen aus Kohlenstoff in Diamantstruktur und besitzen besonders vorteilhafte Eigenschaften für die Glasumformung, etwa eine extreme Härte und maximale Reibminderung. Mit den sehr dünnen Schichten lassen sich außerdem selbst Werkzeuge für mikrostrukturierte Bauteile beschichten. Die FCVA-Technologie zur Herstellung solch hochreiner Schichten steht nun erstmals auch an einer europäischen Forschungseinrichtung zur Verfügung. Die Funktionalität der Schichten wird am Fraunhofer IPT in öffentlich geförderten Forschungsprojekten und im Aachen Center for Optics Production (ACOP) untersucht.

Innenansicht der neuen Diamond-Like-Carbon-Beschichtungsanlage am Fraunhofer IPT (© Fraunhofer IPT)

 

Das Fraunhofer IPT bietet seinen Projektpartnern sowie den Unternehmen im Aachen Center for Optics Production damit ab sofort Forschungsarbeiten zur Entwicklung von Prozessen und Prozessketten für Edelmetall- und nitridische Hartstoffschichten sowie DLC-Schichten an. Das Portfolio der Glassorten, die das Fraunhofer IPT in den hauseigenen Anlagen zur Glasumformung bearbeiten kann, reicht von Chalkogenidgläsern über Kalk-Natron-Gläser bis zu Borosilikatgläsern.

Text zum Titelbild: Beschichtete Werkzeuge zum Umformen komplexer optischer Glaskomponenten (© Fraunhofer IPT)

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