Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

3D-Polymerdruck von Brillengläsern

Ziel des Forschungsvorhabens Ink-Eye ist die Entwicklung eines additiven Fertigungsprozesses zur kostengünstigen Herstellung von Brillengläsern mittels Inkjet-Druck. Dabei sollen sowohl der Volumenkörper des Brillenglases als auch die Außenkontur additiv in vertretbaren Prozesszeiten gefertigt werden und damit eine 3D-Freiform mit genauer Kontur der Vorderseite und der Rückseite entstehen. Durch schichtweisen Inkjet-Druck und UV-Aushärtern zweier unterschiedlicher optischer Polymere sollen dabei 3D-Volumenkörper mit einer Brechzahl > 1,5 sowie einer Transparenz (Groß- bzw. Kleinwinkelstreuung bzw. Haze, Clarity) vergleichbar zu bisher üblichen Kunststoff-Brillengläsern hergestellt werden. Die Materialien sollen optisch homogen und mindestens so bruchfest wie vergleichbare Werkstoffe sein. Dazu erfolgt die Entwicklung neuer Materialien bzw. die Anpassung bestehender Materialien, die die genannten optischen und mechanischen Eigenschaften aufweisen und zusätzlich mit einem Inkjet-Drucker verarbeitbar sind. Während mit einem acrylatbasierten Polymer das Bulkvolumen gedruckt wird, erzielt im Randbereich und auf der Oberfläche das Hybridpolymer ORMOCER® exzellente Eigenschaften. Die Herstellung der Brillengläser soll in den für sie typischen Dimensionen von 20 – 80 mm lateral und 1 – 10 mm Dicke erfolgen. Dabei soll die Genauigkeit über die gesamte Fläche konstant mit < 100 µm Abweichung bei einer Rauigkeit < 5 µm PV und < 5 nm rms realisiert werden. Das entwickelte Verfahren soll möglichst nicht bereits durch Patente Dritter geschützt sein. Aufgrund der Möglichkeiten zur extremen Individualisierung der herzustellenden Komponenten bei gleichbleibenden Prozesskosten können insbesondere KMU die neuen Technologien nutzen, nicht nur im Bereich individualisierter Brillengläser, sondern auch generell im Bereich individualisierter Optiken für Beleuchtungs- und Abbildungsanwendungen, deren schnellem Prototyping oder in der Fertigung im kleinen und mittleren Stückzahl-Bereich.

Ergebniszusammenfassung:

Innerhalb der Projektlaufzeit wurde der Tintenstahldruck von Brillengläsern entwickelt. Dazu wurden mehrere

Materialkandidaten für den Tintenstrahldruck des Volumenkörpers des Brillenglases sowie mehrere Materialkandidaten zur Herstellung der Kratzfestbeschichtung des Brillenglases entwickelt. Zudem wurde die Druckprozessführung für die Materialien entwickelt und soweit optimiert, dass der Druck von schlierenfreien Brillengläsern durchgeführt werden konnte.

Eine detaillierte Beschreibung der durchgeführten Arbeiten und erzielten Ergebnisse kann den Zwischenberichten sowie dem Schlussbericht entnommen werden.

Neben der Anwendung im Brillenglas lassen sich die die Materialien zur Herstellung des Volumenkörpers aufgrund ihrer sehr guten optischen Eigenschaften auch in anderen optischen Komponenten verwenden. Da sie speziell für den Tintenstrahldruck angepasst sind, ist ein verdrucken der Materialien sinnvoll, aber nicht zwingend notwendig. Neben dem Brillenglas sind Anwendungen als gedruckte und auch gegossene Lichtwellenleiter, Linsen- und Prismenmaterialien denkbar. Auch die verschiedenen Materialien zur Herstellung der Kratzfestbeschichtung müssen nicht exklusiv für die Beschichtung von Brillengläsern verwendet werden. Sie eignen sich aufgrund ihrer sehr guten optischen Eigenschaften und hohen Härte zur drucktechnischen oder Tauchbeschichtung verschiedenster Optiken. Zudem ermöglichen sie die Änderung der tribologischen Eigenschaften von Oberflächen und müssen daher nicht ausschließlich für Optiken eingesetzt werden.

Das entwickelte Prinzip zum Tintenstrahldruck der Brillengläser lässt sich aufgrund der Flexibilität des Verfahrens leicht für andere Optiken adaptieren. So ist der Tintenstrahldruck von Abbildungsoptiken und Beleuchtungsoptiken verschiedener Formen und Größe denkbar. Zudem ist die Technologie nicht auf die entwickelten Materialien beschränkt. Damit sind auch smarte optische Systeme druckbar.