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17. April 2003
Präzisionsoptik aus der Presse
(he) Wenn es darum geht, den Mikrokosmos zu erforschen oder dem Licht auf den optischen Datenautobahnen der Zukunft den richtigen Weg zu weisen, sind Präzisionsoptiken unumgänglich. Wissenschaftler vom Fraunhofer-Institut haben jetzt eine kostengünstige Alternative zum herkömmlichen Herstellungsprozess vorgestellt.
Optische Linsen sind bereits Massenware: Sie fokussieren in der Supermarktkasse den Laser, der die Barcodes abliest; in Kleinbildkameras nehmen sie unsere Urlaubsimpressionen auf und im Handy die Bilder für den Fotogruß; in der Telekommunikation steuern sie den Datentransfer, der durch optisch leitende Glasfaserkabel fließt. Mit Spritzgusstechnik lassen sich Kunststofflinsen für Massenprodukte kostengünstig herstellen. Aufwändiger ist die Verarbeitung von Glas zu hochwertigen optischen Linsen, die man für den Bau von Messgeräten, Mikroskopen oder technischen Belichtungssystemen benötigt. "Diese Optiken müssen so präzise gefertigt sein, dass die Oberfläche nicht einmal ein Tausendstel Haar-Durchmesser von der errechneten Form abweicht", sagt Christian Wenzel, Leiter des Geschäftsfelds Präzisions- und Mikrotechnik am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen. Bisher werden dafür Glaslinsen maschinell geschliffen und poliert. Bei Hochleistungsoptiken ein komplizierter, mehrstufiger Prozess, der viel Erfahrung und Zeit verlangt. Eine Alternative bietet das Pressen: Rohlinge aus Glas werden unter hohem Druck und bei extremen Temperaturen in die gewünschte Form gebracht. "Der Umformprozess, die Herstellung der Abformwerkzeuge und die Abstimmung der einzelnen
Materialien sind bei dieser Präzisionstechnologie jedoch schwierig", weiß Wenzel. Der Aufwand lohnt sich bislang nur für die Produktion von Großserien. Die neue Technologie ermöglicht es künftig auch Herstellern von Kleinserien, kostengünstig Präzisionsoptiken zu pressen. Durch Kombination einer optischen Simulationssoftware mit der Finite-Elemente-Methode soll künftig ein Programm zur Modellierung erstellt werden, das entscheidende Fragen im Vorfeld klärt: Welche Oberflächenqualität muss eine Linse haben? Wie groß ist ihre Deformation bei der Abkühlung? Wie beeinflusst dies die optischen Eigenschaften? So lässt sich die exakte Form des Abformwerkzeugs auf Nanometer genau berechnen. Um diese theoretisch errechnete Form in das reale Werkzeug aus Metall umzusetzen, arbeitet das Forscherteam an neuen präzisen Schleif- und Poliertechniken für das extrem harte und spröde Material. "Wir mussten eine Maschine entwickeln, die mit einem Interferometer die Form exakt misst, Abweichungen erkennt und die Polierspindel für Nachbearbeitungen steuert", so Wenzel. Ende 2003 soll das neue Werkzeug zur Herstellung von Präzisionsoptiken erste Bauteile produzieren.
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