Komplexe Glasoptiken aus der Presse

Die Herstellung komplexer Glasoptiken, wie sie in Kameras, Sensoren oder medizinischen Geräten zu finden sind, dauert häufig mehrere Wochen. Im Forschungs­projekt „Optics48“ entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktions­technologie IPT zurzeit gemeinsam mit Projekt­partnern eine neue Technologiekette, die die Herstellung solcher Optiken deutlich beschleunigt. Mithilfe digitaler Fertigungs­technologien, Automation und moderner Maschinentechnik sollen selbst hochkomplexe Optiken in großen Stückzahlen künftig in nur wenigen Tagen hergestellt werden. Mit der neuen Glasumformanlage – GMP-415VA-PX des japanischen Herstellers Shibaura Machine Company – verfügt das Institut nun als einzige Forschungs­einrichtung in Europa über die Möglichkeit, Kleinserien­prozesse für komplexe Wafer-Level-Optiken oder Mehr­kavitätendesigns zu entwickeln und zu optimieren.

„Bisher mussten wir die Optiken nach der Umformung manuell aus der Anlage entnehmen und neue nachlegen. Dadurch waren wir auf die Prototypen­fertigung in kleinen Stückzahlen beschränkt“, sagt Marcel Friedrichs, der die Forschungs­arbeiten zur Glasumformung leitet. Die neue Anlage hingegen verfügt über einen integrierten Autoloader, der eine weitgehend automatisierte Produktion ohne manuelle Eingriffe erlaubt. Dadurch können jetzt Kleinserien bis zu 100 Optiken pro Stunde hochpräzise umgeformt werden. „Dieser Schritt ist enorm wichtig für uns und unsere Partner aus der Industrie, denn optimierte Kleinserien­prozesse ermöglichen einen reibungslosen Übergang zur Massen­produktion“, so Marcel Friedrichs.

Mit der neuen Anlage kann das Aachener Team nicht nur die Serienproduktion erforschen. In der besonders großen Prozesskammer lassen sich Glasoptiken mit einem Durchmesser bis zu 150 Millimetern herstellen. Bisher konnten die Aachener Forscherinnen und Forscher lediglich Optiken mit einem maximalen Durchmesser von 110 Millimetern fertigen. Bearbeitet werden können sowohl optische Gläser für den sichtbaren Bereich als auch Infrarotgläser. Mit dem Neuzugang im Maschinenpark vervoll­ständigt das Institut seine bereits umfassende Prozesskette für die Glasumformung, die von der modellbasierten Prozess­auslegung und der Werkzeug­fertigung – inklusive eigens entwickelter Werkzeug­beschichtungen – über die isotherme sowie nicht-isotherme Umformung bis zur Qualitätskontrolle reicht.

Das Aachener Optik-Team plant jetzt, verschiedene Sensoren zur Prozessüberwachung und für automatisierte Standzeittests der Beschichtungen in die neue Anlage einzubauen. Damit kann das Team künftig noch präzisere Analysen und Bewertungen für die automatisierte Kleinserien­fertigungen durchführen und so den Automatisierungs­grad der Kleinserien­fertigung und die Qualität der Optiken weiter verbessern. „Die Anlage und damit der verstärkte Einsatz fort­schrittlicher Simulations­techniken versetzt uns in die Lage, viele neue Anwendungsfelder zu erschließen, beispielsweise die Optoelektronik und Quanten­technologien. Erste Gespräche mit Unternehmen führen wir bereits“, so Marcel Friedrichs.

Fh.-IPT / JOL