3D-gedruckte Optiken für individualisierte Massenproduktion
Individualisiert gefertigt und trotzdem tauglich für die Massenproduktion? Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »Go Beyond 4.0« soll dieser scheinbare Widerspruch beseitigt werden. Im Teilbereich Beleuchtungsoptiken arbeiten die beiden Fraunhofer-Institute für Silicatforschung ISC und für Optik und Feinmechanik IOF gemeinsam an einer materialbasierten und fertigungstechnischen Lösung für die »Losgröße 1«.
ORMOCER®-basierte, 3D-gedruckte Optik-Komponenten.
Dr. Sönke Steenhusen, Fraunhofer ISC
Ausgangspunkt ist die relativ leicht individualisierbare 3D-Drucktechnik. Nachteile des dreidimensionalen Druckens bisher waren jedoch die Störeffekte im Volumen und an den Oberflächen gedruckter Objekte, wie z. B. Lagenbildung oder Rauigkeiten. Auch die Materialeigenschaften üblicher 3D-druckbarer Kunststoffe reichen für optische Komponenten und Systeme in der Regel nicht aus.
Für optische Systeme im Bereich Beleuchtung werden hohe Anforderungen gestellt. Die eingesetzten Materialien sollen so glasähnlich wie möglich sein, im Gebrauch nicht vergilben und eine hohe Transparenz in den relevanten Wellenlängenbereichen des durchstrahlenden Lichts haben. Die beim 3D-Druck üblichen Lagengrenzen im Volumen und nicht ganz glatte Oberflächen durch druckbedingte Strukturen auf der Mikrometerskala sind für den Einsatz bei optischen Systemen nicht akzeptabel.
Mit ORMOCER®en – glasähnlichen anorganisch-organischen Hybridpolymeren – aus dem Fraunhofer ISC sowie einer verbesserten Drucktechnologie aus dem Fraunhofer IOF ist es jedoch gelungen, einen Qualitätssprung zu machen. Speziell eingestellte optische ORMOCER®e haben die Entwickler des Fraunhofer ISC auch bereits im Bereich der optischen Aufbau- und Verbindungstechnik genutzt. »Das Material hat sehr gute optische Eigenschaften und wurde für das 3D-Druck-Verfahren der Kollegen vom Fraunhofer IOF weiterentwickelt. Die Kombination aus Material und Technologie vermeidet hier die sonst beim 3D-Druck entstehenden Fehler an Oberflächen und im Volumen«, so Dr. Sönke Steenhusen, Projektleiter am Fraunhofer ISC.
Zusätzlich können weitere benötigte Funktionen wie Blenden, Leiterbahnen oder Spiegel im Herstellungsprozess in die gedruckten optischen Komponenten integriert werden. Das vereinfacht die spätere Assemblierung und ermöglicht hochkomplexe optische Bauteile. So können in der Kombination von optischen ORMOCER®en und 3D-Druck-Verfahren auf einfache Weise optische Systeme geschaffen werden. Damit werden die gedruckten Optiken auch für spezielle, bisher nicht so einfach realisierbare Beleuchtungsaufgaben interessant. Für größere Stückzahlen arbeiten die Fraunhofer-Forscher bereits an der Parallelisierung der Prozesse.
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