Hochschule

Photonik-Forschung im Aufwind

04.09.2020 - Neue Projekte zur additiven Fertigung und Formanpassung optischer Elemente an der Hochschule Aalen.

Neue Fertigungsverfahren und Techno­logien stehen oft am Beginn der Entwicklung innovativer Produkte, die sich am Markt beispiels­weise aufgrund zusätz­licher Funktionen oder eines deutlich geringeren Preises durch­setzen können. Am Zentrum für optische Techno­logien der Hochschule Aalen wird seit mehr als 15 Jahren mit großem Erfolg zu neuen Fertigungs- und Mess­verfahren rund um das Thema Optik geforscht. In der Vergangen­heit konnten so beispiels­weise Beiträge zur Entwicklung neuer energie­effizienter LED-Beleuchtungs­systeme oder kosten­günstiger Kunst­stoff-Schutz­brillen geleistet werden. Eine noch junge Aktivität ist der drei­dimen­sionale Druck von optischen Elementen.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert jetzt gleich zwei Projekte zur additiven Fertigung und Form­anpassung optischer Elemente an der Hoch­schule Aalen mit einem Gesamt­umfang von 1,2 Millionen Euro. Projekt­leiter Andreas Heinrich freut sich: „Für uns bedeutet das eine besondere Anerkennung unserer Arbeit. Mit der Förderung können wir nun das gesamte Spektrum von den Grund­lagen bis hin zur anwendungs­orientierten Forschung abdecken. Auch der wissen­schaftliche Nachwuchs profitiert, da wir hier mehrere anspruchs­volle Themen für Doktor­arbeiten anbieten können.“

Zusammen mit Rainer Börret und Harald Riegel wird im Projekt 6D-Druck eine roboter­gestützte additive Fertigungs­plattform entwickelt. Das Besondere an dieser Plattform ist der Aufbau aus drei Modulen: Modul 1 beinhaltet eine flexible 3D-Druck­einheit, die auf einen Roboter mit sechs Freiheits­graden integriert ist. Das bedeutet, dass der Druckkopf nicht nur in die drei Raumrichtungen bewegt, sondern auch um die drei Achsen gedreht werden kann. Das ermöglicht sowohl den flexiblen schicht­weisen Aufbau anspruchs­voller auch gewölbter optischer Elemente wie Linsen aus bis zu zwei unter­schied­lichen Materialien als auch das Bedrucken bereits existierender Bauteile. Modul 2 besteht aus einer Laser-Strukturierungs­einheit, die die Ober­fläche der 3D-gedruckten Schichten verändern und dadurch zum Beispiel deren Brechungs­index beein­flussen kann. Das dritte Modul kann unter­schied­liche Mess­systeme zur Echtzeitkontrolle von Druck und Strukturierung aufnehmen und so beispielweise Daten zur Vermeidung fehler­hafter Druck­produkte liefern.

Die Herausforderung ist, alle drei Einzel­module in ein funktio­nie­rendes Gesamt­system zu integrieren. Die Fertigungs­plattform soll nach­folgend für unter­schied­liche Frage­stellungen in Kooperation mit renommierten Forschungs­einrichtungen wie dem Leibniz-Institut für neue Materialien in Saarbrücken, dem Institut für technische Optik der Uni Stuttgart, der Forscher­gruppe Photonische Materialien der Universität Paderborn oder dem Institut für Laser­techno­logie in Ulm einge­setzt werden.

Im zweiten Projekt geht es um die individuelle Form­anpassung von Mikro­linsen mittels elektrischen Feldern. Dabei werden mithilfe eines Ink-Jet-Druckers einzelne Tropfen aus flüssigem Kunststoff in Form gleich­mäßig gewölbter Mikro­linsen erzeugt. Anschließend kann diese Form und dadurch auch deren Eigen­schaften durch das Anlegen elektrischer Felder gezielt verändert und die neue Form durch Aushärten des Kunst­stoffs mit UV-Licht konserviert werden. Der gesamte Prozess wird mittels Sensoren überwacht. Ziel ist es hier, Modelle zu entwickeln, die beispiels­weise zur Vorhersage der optischen Eigen­schaften von Mikro­linsen genutzt werden können Heinrich liegt dabei auch der Nutzen für die Region am Herzen: „Wir forschen an viel­ver­sprechenden Zukunfts­techno­logien mit hohem Potenzial für verschiedene Branchen. Diese wollen wir in unsere etablierten regionalen Netzwerke aus Unter­nehmen und Forschungs­einrich­tungen wie dem SmartPro-Netzwerk einbringen. Ebenso möchten wir dadurch attraktiv für neue Kooperations­partner werden.“

HS Aalen / RK

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