Heißprägen mit einem Silikonkautschukstempel

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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. Heißprägen ist ein Verfahren, bei dem (Mikro-)Strukturen von einem Prägestempel unter Einwirkung von Temperatur und Anpressdruck in ein zu prägendes Halbzeug abgeformt wird. 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 stehen mehrere Verfahren und Materialien zur Auswahl. 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. Wird der zu prägende Kunststoff (in dieser Arbeit PMMA) über die Glasübergangstemperatur erwärmt, wird dieser weicher als der Stempel, der durch das Erhitzen seine mechanischen Eigenschaften nicht verändert. Untersucht wird unter Anderem auch die Formtreue der geprägten Strukturen, d. h. ob die Flexibilität des Prägestempels negativen Einfluss auf die Prägung hat. Durch Variieren der Parameter Prägedruck, Temperatur und Prägezeit wird der Prägeprozess optimiert. Durch ein geeignetes Layout der Prägestruktur werden die kleinste prägbare Größe und das maximale Aspektverhältnis in der Silikon-PMMA-Paarung bestimmt.