Heißprägen mit einem Silikonkautschukprägestempel

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Produkte der Mikrosystemtechnik, speziell der Mikrofluidik und Mikrooptik, können durch Abformprozesse in Kunststoff kostengünstig hergestellt werden. Dafür gibt es zwei gängige Methoden: (Mikro-)Spritzgießen und (Mikro-)Heißprägen. Beide Verfahren benötigen zur Abformung ein Negativwerkzeug, welches als Prototyp gefertigt wird und dann einer großen Zahl von Einzelteilen seine Form gibt. Die Initialisierungskosten sind beim Spritzgießen meist höher als beim Heißprägen, die Zykluszeiten beim Heißprägen größer als beim Spritzgießen. Heißprägen ist ein Verfahren, bei dem (Mikro-)Strukturen von einem Prägestempel unter Einwirkung von Temperatur und Anpressdruck in ein zu prägendes Halbzeug abgeformt wird. Da Lufteinschlüsse die Füllung des Stempels verhindern und somit das Resultat verschlechtern oder zerstören, findet die Prägung unter sehr geringem Restluftdruck statt. Die das Ergebnis hauptsächlich beeinflussende Faktoren sind der Prägedruck, die Temperatur, die Prägezeit, das Halbzeugmaterial, das Stempelmaterial und die Prägestruktur. Für die Herstellung des Prägestempels wurden bereits verschiedene Verfahren und Materialien erprobt. Ein geeignetes, innovatives Material, welches leicht zu verarbeiten ist, ist Silikonkautschuk. In der vorliegenden Arbeit wurden als nicht zu verändernder Faktor das Halbzeugmaterial PMMA (Polymethylmethacrylat, Plexiglas) und das Stempelmaterial Silikonkautschuk bei gleicher Prägestruktur gewählt. Der verwendete Silikonkautschuk ist ein additionsvernetzender, aus zwei Komponenten bestehender Kunststoff, welcher mittels Vakuumtechnik lufteinschlussfrei auf einer Abgussform vergossen wird und anschließend polymerisiert. Der Prägestempel ist bei Raumtemperatur weich und elastisch, das PMMA dagegen hart. Wird der Kunststoff über die Glasübergangstemperatur erwärmt, wird dieser weicher als der Stempel, der durch das Erhitzen seine Eigenschaften nicht verändert. Untersucht wird unter Anderem auch die Formtreue der geprägten Strukturen, d. h. ob die Elastizität des Prägestempels negativen Einfluss auf die Prägung hat. Durch Variieren der Parameter Prägedruck, Temperatur und Prägezeit werden Prozessparameter optimiert.