Robotik in der Optik:

Forscher der Hochschule Aalen entwickeln Verfahren zur Optimierung von Kunststofflinsen aus dem 3D-Drucker

 10. Februar 2018  Andreas Krämer  

Forscher der Hochschule Aalen in Baden-Württemberg arbeiten an neuen Verfahren aus der Robotik, um 3D-gedruckte Kunststofflinsen zu optimieren. Diese sind heute noch trüb und müssen daher oft von Hand geschliffen werden. Die Forscher wollen dieses Verfahren optimieren mit dem Ziel eines Fertigungsroboters, der sowohl 3D-Drucken als auch Schleifen kann.

Die Hochschule Aalen arbeitet am 3D-Druck optischer Kunststofflinsen, die zum gegenwärtigen Zeitpunkt den Nachteil haben, dass sie trüb sind. An der Lösung dieses Problems forschen die deutschen Wissenschaftler unter der Leitung von Prof. Andreas Heinrich, vom Zentrum für optische Technologien (ZOT) der Hochschule Aalen.

Für den 3D-Druck dienen den Forschern Kunststoffe, die als Filament vorliegen, aufgeschmolzen und schichtweise aufgetragen werden oder als Flüssigharz, der Schicht für Schicht mit einem Laser oder UV-Licht gehärtet wird. Als Produkt entsteht daraus etwa eine komplexe 3D-Optik, die als Ausgang eines Lichtleiters verwendet wird und zur Qualitätsprüfung eines Pumpenbauteils eingesetzt wird.

Roboter schleift optische Linse
Dieser Roboter an der Hochschule Aalen schleift eine optische Linse (Bild © Hochschule Aalen/Zentrum für optische Technologien (ZOT)).

Die Forscher arbeiten an Flüssiglinsen, was zwei dünne Membranen sind, die ein zylinderförmiges Volumen limitieren. Wenn optisches Öl in den Hohlraum gepumpt wird, entsteht eine Wölbung bei den Membranen und resultiert in einer Linse. Die Brennweite lässt sich mit dem Öldruck anpassen. Mechanische Strukturen wie Ringe oder einen dreizackigen Stern werden in die Linse mit einem 3D-Drucker eingebracht, wodurch der Linse mehrere Brennweiten aufgeprägt werden können. Gedruckte Flüssiglinsen seien Heinrich zufolge interessant für die Messtechnik oder der optischen Inspektion in der Qualitätssicherung zum Beispiel in der Massenfertigung, berichtet „MaschinenMarkt“.

Eine Optik aus dem 3D-Drucker sei allerdings nicht so transparent wie gewünscht, weshalb die optisch wirksamen Flächen erst poliert werden müssen. Rainer Börrets Team übernimmt diese Arbeit und entwickelt neuartige Verfahren, bei denen Industrieroboter komplexe Kunststoffoberflächen polieren. Heute würde dies oft noch von Hand gemacht und wirtschaftlich nicht sehr attraktiv, zudem wäre geeignetes Personal schwer zu finden.

Sein Team will den vorherigen Prozess automatisieren, indem untersucht wird, ob ein Industrieroboter, der sich in alle Richtungen bewegen kann, den Druckprozess nicht auch vollständig optimieren könnte. Der Druckkopf wäre dann beliebig kippbar und die Fläche, auf der die Optik schichtweise aufgetragen wird, ließe sich in drei Raumachsen bewegen. Das Ziel der Arbeit ist eine Oberflächengenauigkeit von einem Mikrometer zu erreichen, um mit der Exaktheit im Spritzguss konkurrieren zu können.

Bei schichtweise hergestellten gebogenen Lichtleitern gibt es Unterschiede in den Materialeigenschaften, wo eine Lichtstreuung erfolgt und ist unerwünscht. Wenn die zu druckenden Schichten parallel zum Lichtweg verlaufen würden, könnte dieser Effekt vermindert werden und daran arbeiten die Forscher. In den USA gelang Forschern des LLNL-Labors eigenen Angaben zufolge erst kürzlich ein Durchbruch beim 3D-Druck vom transparenten Glas.

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