Mikrooptische Bauteile aus optischen Spezialgläsern
Aufgabenstellung
Von der Lasertechnik bis hin zur bildgebenden optischen Sensortechnik werden für die Miniaturisierung und Leistungssteigerung der Produkte neue kompakte Optiken entwickelt, die einzelne Komponenten aus Gläsern mit speziellen optischen Eigenschaften wie z.B. mit extrem hohem Brechwert, geringer Temperaturabhängigkeit des Brechwerts, hoher Transmission im Infrarot oder Ultraviolett, geringer Dispersion,
sehr geringer Wärmedehnung etc. enthalten. Für die Herstellung solcher
Optikkomponenten in größeren Stückzahlen bietet die Replikation durch zähplastische Heißformgebung gegenüber konventionellen Schleif- und Polierverfahren das Potenzial für eine kostengünstige Serienproduktion in gleich bleibend hoher Qualität, insbesondere für die Fertigung von komplex geformten optischen Wirkflächen wie z.B. asphärischen oder Freiform-Flächen. Die Schwierigkeit bei der Heißverarbeitung von optischen Spezialgläsern besteht darin, dass sich die Oberflächen
solcher Gläser unter der Einwirkung hoher Temperaturen, wie sie für die Erweichung und Umformung erforderlich sind, sehr schnell nachteilig verändern können, z.B. durch Kristallisation, Entmischung, Verdampfung von Glasbestandteilen und Reaktionen mit dem Formenmaterial und der Umgebungsatmosphäre. Aufgabenstellung für die Heißformgebung von mikrooptischen Bauteilen aus optischen Spezialgläsern ist daher die Identifizierung von geeigneten Glasarten und die Ermittlung von
geeigneten Prozessfenstern.
Vorgehensweise
In Presstests bei unterschiedlichen Umgebungsatmosphären (Vakuum,
Schutzgas, Luft) wurden verschiedene RoHS-konforme Spezialgläser bezüglich Veränderungen ihrer Oberflächenbeschaffenheit und ihres Kontakt- und Klebeverhaltens gegenüber Formenwerkstoffen und Formenbeschichtungen untersucht, der Viskositätsverlauf der Gläser bestimmt und Prozessfenster für hohe Konturgenauigkeit bei minimaler Verweildauer der Gläser auf hoher Temperatur ermittelt. Die Oberflächengüte der heißgeformten Gläser wurde mit licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren sowie mittels Weißlicht-Interferometrie charakterisiert.
Ergebnisse
Aus den als gut pressbar bewerteten Spezialgläsern wurden Demonstrator-Komponenten wie Einzellinsen, Linsenarrays und Mikrolinsenarrays bis hin zu diffraktiven optischen Elementen (DOE)
gepresst und die Prozessparameter für die jeweiligen Glassorten optimiert.
Heißformgebung Glas
Für die Serienproduktion von Präzisionsbauteilen aus Gläsern werden
Heißformgebungsverfahren und -werkzeuge entwickelt. Schwerpunkte
sind Verfahren zum Blankpressen präzisionsoptischer Linsen und zum
Heißprägen von optischen Komponenten mit mikrostrukturierten Oberflächen.
Kontakt
Fraunhofer-Institut für
Werkstoffmechanik IWM
Wöhlerstraße 11
79108 Freiburg
Dr. Günter Kleer
Tel.: +49 761 5142 138
Fax: +49 761 5142 110
E-Mail: guenter.kleer@iwm.fraunhofer.de
Dr. Peter Manns
Tel.: +49 761 5142-135
Fax: +49 761 5142-110
E-Mail: peter.manns@iwm.fraunhofer.de
Von der Lasertechnik bis hin zur bildgebenden optischen Sensortechnik werden für die Miniaturisierung und Leistungssteigerung der Produkte neue kompakte Optiken entwickelt, die einzelne Komponenten aus Gläsern mit speziellen optischen Eigenschaften wie z.B. mit extrem hohem Brechwert, geringer Temperaturabhängigkeit des Brechwerts, hoher Transmission im Infrarot oder Ultraviolett, geringer Dispersion,
sehr geringer Wärmedehnung etc. enthalten. Für die Herstellung solcher
Optikkomponenten in größeren Stückzahlen bietet die Replikation durch zähplastische Heißformgebung gegenüber konventionellen Schleif- und Polierverfahren das Potenzial für eine kostengünstige Serienproduktion in gleich bleibend hoher Qualität, insbesondere für die Fertigung von komplex geformten optischen Wirkflächen wie z.B. asphärischen oder Freiform-Flächen. Die Schwierigkeit bei der Heißverarbeitung von optischen Spezialgläsern besteht darin, dass sich die Oberflächen
solcher Gläser unter der Einwirkung hoher Temperaturen, wie sie für die Erweichung und Umformung erforderlich sind, sehr schnell nachteilig verändern können, z.B. durch Kristallisation, Entmischung, Verdampfung von Glasbestandteilen und Reaktionen mit dem Formenmaterial und der Umgebungsatmosphäre. Aufgabenstellung für die Heißformgebung von mikrooptischen Bauteilen aus optischen Spezialgläsern ist daher die Identifizierung von geeigneten Glasarten und die Ermittlung von
geeigneten Prozessfenstern.
Vorgehensweise
In Presstests bei unterschiedlichen Umgebungsatmosphären (Vakuum,
Schutzgas, Luft) wurden verschiedene RoHS-konforme Spezialgläser bezüglich Veränderungen ihrer Oberflächenbeschaffenheit und ihres Kontakt- und Klebeverhaltens gegenüber Formenwerkstoffen und Formenbeschichtungen untersucht, der Viskositätsverlauf der Gläser bestimmt und Prozessfenster für hohe Konturgenauigkeit bei minimaler Verweildauer der Gläser auf hoher Temperatur ermittelt. Die Oberflächengüte der heißgeformten Gläser wurde mit licht- und elektronenmikroskopischen Verfahren sowie mittels Weißlicht-Interferometrie charakterisiert.
Ergebnisse
Aus den als gut pressbar bewerteten Spezialgläsern wurden Demonstrator-Komponenten wie Einzellinsen, Linsenarrays und Mikrolinsenarrays bis hin zu diffraktiven optischen Elementen (DOE)
gepresst und die Prozessparameter für die jeweiligen Glassorten optimiert.
Heißformgebung Glas
Für die Serienproduktion von Präzisionsbauteilen aus Gläsern werden
Heißformgebungsverfahren und -werkzeuge entwickelt. Schwerpunkte
sind Verfahren zum Blankpressen präzisionsoptischer Linsen und zum
Heißprägen von optischen Komponenten mit mikrostrukturierten Oberflächen.
Kontakt
Fraunhofer-Institut für
Werkstoffmechanik IWM
Wöhlerstraße 11
79108 Freiburg
Dr. Günter Kleer
Tel.: +49 761 5142 138
Fax: +49 761 5142 110
E-Mail: guenter.kleer@iwm.fraunhofer.de
Dr. Peter Manns
Tel.: +49 761 5142-135
Fax: +49 761 5142-110
E-Mail: peter.manns@iwm.fraunhofer.de
