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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