5D Linsendruck

Femtosekunden 5D Druck auf Freiformflächen mit Submikrometer-Präzision für optische Sensoren

Hintergrund

In Rahmen des vom Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst des Landes Baden -Württemberg geförderten Forschungskonsortiums „Innovationscampus Mobilität der Zukunft“ (ICM) treiben zahlreiche Wissenschaftler im Bereich Mobilität und Produktion die Grundlagenforschung voran. Diese ist die Basis für die Entwicklung neuer Technologien mit disruptivem Charakter. Im Forschungsschwerpunkt „Software-Defined Manufacturing“ des ICMs arbeiten das 4. Physikalische Institut (PI4) und das Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart mit dem Institut für Technik der Informationsverarbeitung (ITIV) des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zusammen. Hierbei kommt es zu einer Bündelung deren Kompetenzen in den Bereichen Additiver Fertigung und Bahnplanung (ISW), Design und Herstellung von Mikrooptiken (PI4) und der Sensortechnik und Signalverarbeitung (ITIV). Daraus folgt die Entwicklung eines 3D-Druck Verfahrens, zur Herstellung von Mikrooptiken auf Basis eines 5-achsigen, 2-Photonen-Polymerisations (2PP) Prozesses. Jener bietet dann erstmalig die Möglichkeit - für den 2PP Prozess - nicht planare Ausgangsmaterialien wie zum Beispiel - günstige - sphärische Linsenrohlinge zu verwenden. Durch deren Einsatz können Fertigungszeiten deutlich reduziert werden, da auf den Rohling nur noch zusätzliche Geometrien aufgedruckt werden müssen. Mit entsprechenden asphärischen Aufdrücken ist es dann möglich, Abbildungsfehler von rein sphärischen Linsen zu kompensieren. Durch die resultierende schnelle und individualisierbare Fertigung von Mikrooptiken ergeben sich dann wieder neue Potentiale, um zum Beispiel Sensoren im Automobilbereich mit Arrays aus unterschiedlichen Linsen zu bestücken. Jene ermöglichen dann unter anderem eine Nah- und Weitsichtfunktion mit nur einem Sensor.

Schematische Darstllung des Linsenrohlings und dessen asphärischen Aufdrucks
Schematische Darstllung des Linsenrohlings und dessen asphärischen Aufdrucks

Zielsetzung

Gesamtziel des 18-Monatigen Forschungsprojektes ist die Entwicklung eines 5-achsigen Drucksystems, welches in der Lage ist - mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich – herkömmliche sphärische Linsenrohlinge mit einem Durchmesser von bis zu 1 mm durch einen Aufdruck zu asphärisieren. In diesem Kontext ist das ISW für Konzeptfindung und Implementierung von Kinematik-, Steuerungs- und Bahnplanungslösungen zuständig. Dies erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem PI4, damit deren extensives Wissen rund um den additiven 2PP Herstellungsprozess von Mikrooptiken berücksichtigt werden kann. Besonders im Bereich der Bahnplanung ergeben sich neu Freiheiten, welche nur in kooperativen Ansätzen ausgeschöpft werden können. Für das Design, die Herstellung und folgenden Labortechnische Untersuchung der Optiken ist das PI4 Zuständig. Besonders im initialen Designschritt der Linsengeometrie ist das ITIV mit involviert. Dadurch kann schon im Designprozess der Linsengeometrie, die spätere in der Anwendung - auf z.B. CMOS Sensoren - Sensortechnische Auswertung mit einbezogen werden, welche am ITIV erfolgt.

Schematische darstellung von Druckbahnen für eine asphärische Linse
Schematische darstellung von Druckbahnen für eine asphärische Linse

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt Daniel Kurth
M.Sc.

Daniel Kurth

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"

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