Otomobil aydınlatma ürünlerinin polimer optik kalıp yüzeylerinde desen oluşturulmasına farklı yöntemlerin etkisi ve karakterizasyonu
Effect and characterization of different methods on pattern formation on polymer optical mold surfaces of automobile lighting products
Yazar: METE YILMAZ
Danışman: PROF. DR. CEM KAHRUMAN
Bursa Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences ; Polimer Bilim ve Teknolojisi = Polymer Science and Technology

Özet:
Otomotiv aydınlatma alanında far ve arka sinyalizasyon üniteleri araçların trafikte hem diğer araçlar tarafından görülmesini hem de taşıtın gittiği yönün aydınlatılmasını sağlar. Ürünler bu özelliği ile sürüş güvenliği açısından oldukça önemlidir. Ürün geliştirme süreçlerinde optik regülasyonlar dikkate alınır. Optik regülasyon her bir fonksiyonun rengini, araç üzerindeki konumunu, ışık şiddetini ve dağılımını düzenlemektedir. Optik beklentileri ömür gereklilikleri ve ürün kalitesi takip etmektedir. Parçaların çoğunluğu enjeksiyon kalıplama ile üretilmiş plastik komponent, PCB ve LED aydınlatma elemanlarından oluşmaktadır. Plastik parçalar PVD yöntemiyle alüminyum metalizasyona tabi tutularak reflektif özellik sağlanabilmektedir. Alt parçalar gövde içerisine dizildiğinde ışığı geçirebilen dış lens ile gövdenin kaynağı sağlanarak nihai ürünler elde edilmektedir. Bu ürünlerin yüksek ve düşük sıcaklıkta (- 40 °C ve + 85 °C), zorlu titreşim koşullarında ve su içeren ortamlarda performans göstermesi gerekliliği mevcuttur. 
Otomotiv aydınlatma teknolojisinde müşteri beklentileri her geçen gün artmaktadır. Dolayısıyla fonksiyonel özellikleri stil takip etmektedir. Bu ürünler araçların stilini ve kimliğini ortaya koyan en önemli ikonik unsur haline gelmiştir. Ürün geliştirme süreçlerinde bu beklentilerin sağlanması adına birçok farklı optik konsepte başvurulmaktadır. Araçların stilistik öğesi ve güvenlik açısından önemli bir komponent olan otomotiv aydınlatma ürünlerinde ışığın bir yüzey boyunca homojen olarak dağıtılması ve bu yüzeyde aydınlanma gradyanları oluşturmaması optik homojenite olarak adlandırılmaktadır. Müşterilerin optik homojenite beklentisi oldukça yüksektir. 
Optik homojenite difüzif malzemeler ile sağlandığı gibi yüzey pürüzlülüğü uygulamaları ile de sağlanabilmektedir. Difüzif malzemelerin içerisinde ışığı saçan polimer tanecikler yer alır ve bu tanecikler üzerine ışık ışınları (ray) düştüğünde saçılarak dağılır. Bu tanecikler yüksek molekül ağırlıklı PMMA içeriği olabildiği gibi, mikro veya nano boyutlu disperse edilmiş polistiren malzemelerden oluşabilir. Işık ışınlarındaki bu dağılma aydınlanmanın homojen bir görünüme sahip olmasını sağlar. 
Sektörde optik analiz yazılımlarında homojenite seviyesi kontrol edilmektedir. Ancak çoğu zaman enjeksiyon kalıplarından çıkan parçalarda bu homojenite seviyelerine ulaşılamamaktadır. Buna kalıptaki desenli yüzeyin parçaya aynı düzeyde aktarılmaması, yüzey topografyasının farklı olması veya kalıptaki desenin yetersiz derinlik profilinde olması sebep olabilmektedir. Desen oluşturma elektrik deşarj işleme (EDM), LASER, kimyasal dağlama veya kumlama gibi yöntemler ile sağlanabilir. Ancak kalıptaki desenin parçaya hangi düzeyde etki ettiği ve bu yöntemler arası farklılıklar analitik olarak ortaya koyulmuş değildir. 
Bu sebeple bu çalışmada EDM ve kimyasal dağlama yöntemleriyle oluşturulmuş farklı pürüzlülük seviyelerindeki desenlerin ürün topografyasına ve farklı mesafelerde optik performansa etkisi araştırılmıştır. Ayrıca bu çıktılar ile bilinmeyen noktaların analitik verilerle çözümlenmesi sağlanarak optik analiz yazılımının doğruluğunun artırılması hedeflenmiştir.
Bu bulgular neticesinde ürün geliştirme süreçlerine katkı sağlanarak kalitesizlik maliyetinin düşürülmesi ve bu uygulamalara yönelik standartların oluşturulması amaçlanmıştır.

Abstract:
In the field of automotive lighting, headlight and rear combination lamp units enable vehicles to be seen by other vehicles in traffic and to illuminate the direction in which the vehicle is traveling. With this feature, the products are very important in terms of driving safety. Optical regulations are considered during product development processes. Optical regulation regulates the colour, position on the vehicle, light intensity, and distribution of each function. Optical expectations are followed by life requirements and product quality. Most of the parts consist of plastic components produced by injection moulding, PCBs, and LED lighting elements. Reflective properties can be achieved by subjecting plastic parts to aluminium metallization using the PVD method. When the sub-parts are arranged inside the body, the final products are obtained by welding body with external lens that can transmit light. These products are required to perform at high and low temperatures (- 40 °C and + 85 °C), harsh vibration conditions and wet environments.
Customer expectations in automotive lighting technology are increasing day by day. Therefore, functional features are followed by style. These products have become the most important iconic element that reveals the style and identity of the vehicles. So many different optical concepts are used in product development processes to meet these expectations. In automotive lighting products, which are a stylistic element of vehicles and an important component in terms of safety, the distribution of light homogeneously across a surface and the absence of illumination gradients on this surface is called optical homogeneity. Customers' expectations for optical homogeneity are quite high.
Optical homogeneity can be achieved with diffusive materials as well as surface roughness applications. Diffusive materials contain light-scattering polymer particles, and when light rays fall on these particles, they scatter and disperse. These particles may contain high molecular weight PMMA or may consist of micro- or nano-sized dispersed polystyrene materials. This dispersion in the light rays ensures that the illumination has a homogeneous appearance.
The homogeneity level is checked in optical analysis software in the industry. However, most of the time, these homogeneity levels cannot be achieved in real parts coming out of injection moulds. This may be caused by the patterned surface in the mould not being transferred to the part at the same level, the surface topography being different, or the pattern in the mould having an insufficient depth profile. Pattern creation can be achieved by methods such as Electrical Discharge Machining (EDM), LASER, chemical etching, or sandblasting. However, the extent to which the pattern in the mould affects the part and the differences between these methods have not been revealed analytically.
For this reason, in this study, the effects of patterns at different roughness levels created by EDM and chemical etching methods on product topography and optical performance at different distances were investigated. In addition, it is aimed to increase the accuracy of the optical analysis software by providing analysis of unknown points with analytical data with these outputs.
As a result of these findings, it is aimed to reduce the cost of poor quality by contributing to product development processes and to establish standards for these applications.