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 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.
Reibungsloser Übergang zur Massenproduktion
Mit der neuen Glasumformanlage GMP-415VA-PX des japanischen Herstellers Shibaura Machine Company (früher: Toshiba Machine Company) verfügt das Fraunhofer IPT nun als einzige Forschungseinrichtung in Europa über die Möglichkeit, Kleinserienprozesse für komplexe Wafer-Level-Optiken oder Mehrkavitätendesigns zu entwickeln und zu verbessern.
„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 am Fraunhofer IPT 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.
Groß im Durchmesser: Umgeformte Glasoptiken bis zu 150 mm
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 mm herstellen. Bisher konnten die Aachener Forschende lediglich Optiken mit einem maximalen Durchmesser von 110 mm fertigen. Bearbeitet werden können sowohl optische Gläser für den sichtbaren Bereich als auch Infrarotgläser.
Integration von Sensorik zur Prozessüberwachung
Mit dem Neuzugang im Maschinenpark vervollständigt das Fraunhofer IPT 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.
