14 Gründe, warum sich optisches Silikon für Lichttechnik eignet

Seit Edison schien Glas die ideale Hülle für Glühbirnen zu sein. Es ist fast völlig durchsichtig und kostengünstig, besitzt ein klar definiertes Herstellungsverfahren und ist mehr oder weniger unempfindlich gegenüber der beträchtlichen Hitze, die als Nebenprodukt von Glühlicht erzeugt wird. Wärmeverlust, d.h. verschwendeter Strom, ist der Grund, warum Glühbirnen aussterben. Diese Hitze ist auch der Grund, warum sie regelmäßig ausgetauscht werden müssen. LEDs hingegen sind zwar derzeit in der Herstellung etwas teurer, machen jedoch ihre Anschaffungskosten durch Energieeffizienz und lange Lebensdauer mehr als wett. Während Glas zum Umschließen, Bedecken oder Lenken der Lichtquelle dient, ist optisches Silikon in fast jeder Hinsicht die bessere Wahl. Aus folgenden Gründen:

• Optisches Silikon ist im sichtbaren wie im UV-Spektrum fast genauso transparent wie das beste Glas. (hoher Brechungsindex).
• Es vergilbt nicht und seine Transparenz ist alterungs-, hitze und UV-lichtbeständig.
• Es ist deutlich leichter als Glas und die meisten anderen Kunststoffe.
• Silikon ist weitaus flexibler als Glas, wodurch die Bruchgefahr reduziert wird. Obwohl es flexibel genug ist, um nicht zu brechen, ist es deutlich steifer als das Silikon, das für weiche Backformen verwendet wird. Der Werkstoff besitzt einen Härtegrad von 40 bis 50, während optisches Silikon einen Härtegrad von 70 aufweist. (Zum Vergleich: ein Schuhabsatz besitzt in der Regel einen Härtegrad von etwa 80.) Die Steifigkeit von optischem Silikon erweist sich als besonders wertvoll in Anwendungen wie Streuscheiben von Fahrzeugen, wo Leuchten einer Vielzahl von Vibrationen und Stößen ausgesetzt sein können.
• Der Werkstoff ist außerdem kratz- und bruchfest, wodurch er sowohl seine physische Unversehrtheit als auch seine optischen Eigenschaften beibehält. So ließe sich mit einer Klinge ein Stück aus einem Teil aus optischem Silikon herausschneiden, zöge man jedoch das gleiche Teil über den Boden oder eine raue Oberfläche, würde es sich beim Ziehen an die Oberfläche anpassen und nicht beschädigt werden.
• Optisches Silikon weist eine herausragende mechanische, thermische und optische Stabilität bei bei Temperaturen bis 150 °C vor. Dies ist wichtig, da LEDs Hitze erzeugen, wenn auch weitaus weniger als ein Glühfaden.
• Sein weiter Betriebstemperaturbereich, seine UV-Stabilität und seine Flexibilität machen optisches Silikon zum idealen Werkstoff für Außenanwendungen.
• Die Flexibilität des Werkstoffs ermöglicht es Designern und Ingenieuren, eine Linse mit einer Dichtung zu kombinieren und so Montagekosten, Bestandskontrollen und Fugen in der Baugruppe zu reduzieren.
• In seinem flüssigen Zustand kann optisches Silikon mit Farbmitteln oder Leuchtstoffen gemischt werden, um seine Leuchtleistung zu erweitern (noch nicht bei Protolabs erhältlich).
• Das Spritzgießen mit optischen Silikon ist ein optimiertes Verfahren, das weniger Produktionsfläche und Energie benötigt als eine Anlage zur Glasproduktion und die Herstellung von Prototypenteilen und Kleinserien ermöglicht.

Neben seinen leistungssteigernden Merkmalen bietet optisches Silikon mehrere positive Eigenschaften, die die Entwurfs- und Spritzgussphase vereinfachen.

• Seine niedrige Viskosität sorgt für gute Fließeigenschaften innerhalb der Form, wodurch das Material problemlos durch dünne Bereiche fließen und kleine Lunker füllen kann. Dies verschafft dem Designer eine größere Freiheit bei der Erstellung feiner funktionaler oder kosmetischer Details. So können beispielsweise dünnere Wände spritzgegossen werden als dies normalerweise bei anderen Kunststoffen möglich wäre. Beachten Sie: Die niedrige Viskosität erhöht außerdem die Wahrscheinlichkeit von Graten an Stellen, an denen die Formhälften aufeinandertreffen. Die Wahrscheinlichkeit von Graten kann durch das Entwerfen von Teilen mit sauberen, flachen Trennfugen reduziert werden.
• Beim Abkühlen des Materials entstehen keine nennenswerten Einfallstellen oder Eigenspannungen, und die Maßhaltigkeit des Werkstoffs ermöglicht eine genaue Produktion von Linsen. Dank der geringen Wahrscheinlichkeit von Einfallstellen lassen sich auch Teile mit dickeren Wänden entwerfen, als dies bei anderen Kunststoffen akzeptabel wäre.
• Der Werkstoff kann in einer polierten Form spritzgegossen werden, ohne dass sekundäre Polierschritte zum Polieren von Einzelteilen erforderlich wären, was bei der Produktion Zeit und Geld spart. Manche Werkzeuge unterstützen optische Oberflächengeometrien und -qualitäten.
• Aufgrund der etwas gummiartigen Konsistenz des Werkstoffs können Teile mit kleinen Hinterschneidungen und negativer Formschräge, die bei einem festeren Werkstoff inakzeptabel wären, unter Umständen sicher manuell aus der Form gebracht werden. Diese können als Zwangsentformungen oder lose Formeinsätze behandelt werden.

Kurze Zusammenfassung: Optisches Silikon ist ein duroplastischer Werkstoff, der sich ideal für viele optische Anwendungen eignet. Seine Klarheit wird nur durch Glas übertroffen. Es widersteht in der Nähe von Hochleistungs-LEDs hoher Hitze und lässt sich in unterschiedlichsten Umgebungstemperaturen einsetzen. Es ist flexibel genug für den Einsatz in rauen Umgebungen, im Freien und in der Automobilindustrie. Es ermöglicht ein flexibles Design, wie die präzise Nachbildung feiner Details. Es unterstützt kleinere Hinterschneidungen und negative Formschräge ohne den Einsatz von Seitenschieber, sowie dicke und dünne Wände. Mit diesem Werkstoff lassen sich in Designs oft mehrere Teile zu einem einzelnen Teil zusammenfassen, wie z.B. eine Linse, eine klare Linsenabdeckung und eine Dichtung, wodurch die Materialliste für die Endmontage reduziert wird. Protolabs führt Dow Corning MS-1002 LSR, einen Werkstoff, der zum Spritzgießen fein detaillierter Teile für LED-Anwendungen entwickelt wurde.

Protolabs produziert derzeit Teile aus optischem Silikon in Kleinserien für die Prototypenherstellung und in größeren Mengen von über 5.000 Stück für die Serienproduktion. Wenn Sie Fragen über den Werkstoff oder seine Anwendung haben, wenden Sie sich bitte an einen unserer Kundendienstmitarbeiter unter der Rufnummer +49 (0) 6261 6436 947 oder schreiben Sie eine E-Mail an [email protected]

Zum Thema Spritzgießen mit Flüssigsilikon bzw. optisches Silikon in der Beleuchtungsindustrie stellen wir Ihnen gerne weitere Ressourcen bereit. Laden Sie unsere kostenloses Infoblatt zu LSR herunter, lesen Sie unseren Referenzbericht zu OceanLED oder sehen Sie sich das Kurzvideo über den Weg von der ersten Skizze bis zum fertigen Teil von Protolabs an.