17 Mai Optikfertigung vollständig laserbasiert
Die optische Industrie setzt in ihren Prozessketten auf mechanische Verfahren. Das könnte sich bald ändern. Denn das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen treibt nach eigenen Angaben digital gesteuerte Laserverfahren voran, deren klare Zeit- und Kostenvorteile bei der Formgebung, beim Polieren und bei der abschließenden Formkorrektur von Asphären und Freiformoptiken zum Tragen kommen sollen. Diese Flexibilität soll nach den Plänen des Fraunhofer ILT in die industrielle Anwendung gebracht werden. Zunächst als einzelne laserbasierte Prozesse und langfristig dann als vollständig laserbasierte Optikfertigung, von der Formgebung über die Politur bis zur nanometergenauen Formkorrektur.
Vom Labor zur industriellen Anwendung
Schon heute lassen sich individuell designte Asphären und Freiformoptiken mithilfe von Laserverfahren fertigen. „Der zentrale Vorteil des Lasers ist seine digitale Steuerung in Verbindung mit der masse- und berührungslosen Materialbearbeitung“, erklärt Dr. Edgar Willenborg, Leiter der Gruppe Polieren am Fraunhofer ILT. Dank der numerisch gesteuerten Prozesse ohne Formwerkzeuge sind laut Willenborg Bearbeitungszeiten nicht mehr von der Linsenform abhängig. Gerade bei komplexen Geometrien soll das in klaren Kostenvorteilen resultieren. „Da keinerlei Verbrauchsmaterialien im Einsatz sind, minimieren Laserverfahren auch den Reinigungsaufwand“, erläutert Willenborg weiter.
Formgebung, Politur oder Korrektur mittels Laser
Basis dieser laserbasierten Prozesskette der Zukunft soll die Formgebung mithilfe von Ultrakurzpuls-Lasern (UKP) oder des subtraktiven Selective Laser-induced Etching (SLE) bilden. Daneben stehen am Fraunhofer ILT nach eigenen Angaben das Laserpolieren gläserner und bei Bedarf auch polymerbasierter Linsen sowie die Präzisions-Formkorrektur im Highend-Bereich auf der Agenda. Letztere hat soll ein Team um Emrah Uluz, wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fraunhofer ILT-Forschungsfeld Formkorrektur von Optiken, bereits mithilfe von CO2– und von UKP-Lasern gezeigt haben.
Bei der Beseitigung jener Mikrorauheiten, an denen das Licht streut und Linsen trübe erscheinen lässt, ergänzen laserbasierte Verfahren bereits die mechanisch dominierten Prozessketten der Branche. „Wir arbeiten systematisch daran, dass die Optikfertigung über solche hybriden Ansätze zu rundum laserbasierten Prozessketten kommt“, erklärt Uluz. Das Spektrum soll von Mikro- und Makrooptiken oder individuell geformten Spezialoptiken hin zu Glaskörpern, die sich per SLE auch im Innern strukturieren lassen, erstrecken. Noch ergänzen sich mechanische und laserbasierte Prozesse – doch das klare Ziel des Fraunhofer ILT ist es, die Vorteile der Lasertechnik für alle Bereiche der Optikfertigung nutzbar zu machen.
CO2-Laser sind auch bei der Laserpolitur im Einsatz. Vier Fünftel ihrer eingekoppelten Energie werden nach Angaben der Forschenden in den obersten Glasschichten absorbiert. Die Eindringtiefen liegen zwischen 3 und maximal 30 µm. Hier schmilzt das Glas, geht in einen honigartigen Zustand über und zieht sich dann beim Erkalten infolge der Oberflächenspannung automatisch glatt. Dieses Umschmelzen der Randschicht samt Oberflächenglättung durch Grenzflächenspannung resultiert in herausragenden Oberflächenqualitäten: Rauheiten im Sub-Nanometerbereich setzen neue Standards und prädestinieren die Laserverfahren für Anwendungen, die höchste optische Leistungen erfordern.
Eine Quarzglasoptik vor und nach einer Laserpolitur. Bild: Fraunhofer ILT
Individualisierte Massenfertigung
„Gerade bei komplexen Geometrien lassen die laserbasierten Verfahren erhebliche Vorteile hinsichtlich Energie- und Ressourceneffizienz erwarten“, sagt Willenborg. Die Laserbearbeitung bahnt Asphären und Freiformoptiken so den Weg in die Anwendung. Allein dadurch sinkt der Design- und Kostenaufwand optischer Systeme. Denn wenn sich die Form von Optiken jeweils an die spezifischen Anforderungen adaptieren lässt, lassen sich hochkomplexe optische Systeme mit deutlich weniger Einzelkomponenten realisieren.
Mehr Details zur laserbasierten Optikfertigung liefert die vom Fraunhofer ILT veranstaltete Conference on Laser-based Optics Manufacturing. Diese wird am 15. und 16. Oktober 2024 parallel zur 6th Conference on Laser Polishing LaP an dem Aachener Forschungsinstitut stattfinden.
Quelle und Bild: www.ilt.fraunhofer.de
