Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Hybridfertigung optischer Oberflächen

Ziel des geplanten Forschungsprojekts ist die Verknüpfung bisher verwendeter konventioneller Schleif- und Polierverfahren zur Fertigung von Glasoptiken mit neuartigen laserbasierten Prozessschritten, welche zur Politur eingesetzt werden können. Wesentlicher Vorteil der laserbasierten Prozessschritte ist eine von der Form unabhängige kurze Bearbeitungszeit, wodurch diese besonders zur Fertigung nichtsphärischer Oberflächen geeignet sind. Mit einer vollständig laserbasierten Prozesskette werden derzeit jedoch nicht die im Optikbereich benötigten Anforderungen hinsichtlich Rauheit und Formgenauigkeit erreicht. Daher sollen im geplanten Projekt Hybrid-Prozessketten entwickelt und an konkreten Demonstratoren auf ihre Wirtschaftlichkeit untersucht werden, um die Vorteile der Laserpolitur zu nutzen und die Nachteile durch Kombination mit konventionellen Prozessschritten zu reduzieren. Ziel dabei ist eine signifikante Reduzierung der Fertigungszeit von Optiken, um somit insbesondere die Kosten für komplexe Geometrien in geringen Stückzahlen zu reduzieren.

Durch die Kombination der Expertise der TH Deggendorf in den konventionellen Prozessschritten und der Expertise des Fraunhofer Institut für Lasertechnik in den laserbasierten Prozessschritten zur Optikfertigung sollen im Rahmen des geplanten Projekts die Einzelprozesse und die Schnittstellen betrachtet werden. Ziel ist dabei ggf. mehrere konventionelle Prozessschritte durch eine schnellen Laserpolierschritt zu ersetzen.

Zusätzliche Vorteile durch eine Projektbeteiligung ergeben sich für die Industrie und insbesondere KMUs, für die eine Anschaffung von neuen Technologien stets risikobehaftet ist: sie erhalten die Möglichkeit die neuen Technologien kennen zu lernen, zu bewerten und ggf. zu erproben. Durch die Unterstützung der Industriepartner bei der Definition von Demonstratoren soll die Zielstellung an die Anforderungen der Unternehmen angepasst werden.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt wurden folgende Aufgabenstellungen zur Umsetzbarkeit einer Hybrid-Prozesskette bearbeitet:

• Auswirkungen der Laserpolitur auf das Substrat hinsichtlich optischer Eigenschaften und Eliminierung der

Schädigungen aus der vorhergehenden Schleifbearbeitung

• Ermittlung geeigneter Schnittstellen und Kombinationsmöglichkeiten konventioneller Prozessschritte und der

Laserpolitur

• Aufzeigen der wirtschaftlichen und technischen Grenzen der untersuchten Hybrid-Prozessketten.

Eines der wichtigsten Ergebnisse des Forschungsprojektes ist die Erkenntnis, dass die beim Schleifen

entstehenden Oberflächenfehler (sub surface damage, kurz SSD) in Glas durch Laserpolitur zuverlässig auch in

mehrere 100 μm Tiefe ausgeheilt werden. Die Rauheit der Flächen wird ebenfalls deutlich reduziert. Dadurch kann

auf langwierige konventionelle Politurschritte, die die mit SSD durchsetzten Oberflächenschichten abtragen

müssten, verzichtet werden.

Für die erfolgreiche Herstellung feinoptischer Komponenten mit ihren hohen Anforderungen an die

Oberflächenqualität in einer Hybrid-Prozesskette müssen jedoch folgende Begleiterscheinungen der Laserpolitur

berücksichtigt werden: Verbleib beim Schliff entstandener mittelfrequenter Oberflächenfehler sowie ein Verzug der

Bauteile durch die Wärmeeinwirkung.

Es wurde gezeigt, dass optimierte Schliffparameter die Oberflächenqualität nach der Laserpolitur deutlich

verbessern. Der Verzug, der bei der Laserpolitur entsteht, ist reproduzierbar, so dass die Form erfolgreich

vorgehalten werden kann.

Zudem wurden im Projekt wichtige Grundlagen geschaffen, um das Materialspektrum der Laserpolitur

auszuweiten.

Die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung ergibt, dass die Hybrid-Prozesskette konventionelle Fertigungstechniken für

Planflächen oder Sphären nicht ersetzen kann. Sie hat allerdings Potential bei komplexen Bauteilgeometrien und

Bauteilgeometrien, die auf konventionellem Wege nicht, oder nur unzureichend fertigbar sind.