Forschungsprojekt »HiTecMass«

HiTecMass – Effiziente Massenproduktion mikrooptischer Hochtechnologiemodule

Projektlaufzeit: 1.07.2016 bis 30.06.2019

Das enorme Potenzial mikrooptischer Systeme zeigt sich bereits heute in der Kommunikationstechnik und Konsumgüterindustrie, wo Kunststoffoptiken mit nur wenigen Millimetern Durchmesser als Kameraobjektive in Mobiltelefonen eingesetzt werden. Um den wachsenden Anforderungen nachzukommen werden die Mikrooptik-Systeme immer öfter aus mehreren einzelnen Linsen mit verschiedenen Brennweiten modular aufgebaut. Bei der Massenproduktion dieser hochpräzisen Baugruppen stößt die Fertigung heute immer noch an technologische Grenzen. Das interdisziplinäre HiTecMass-Konsortium sieht hier die Chance, mit einem neuen Produktionsansatz im Land Nordrhein-Wesfalen einen Produktionsstandort für hochwertige und hochpräzise mikrooptische Systeme zu etablieren.

© Fraunhofer IPT

Spritzgießwerkzeug für hochpräzise Mikrooptiken

© Fraunhofer IPT

Optische Technologien sind elementare Funktionsbausteine in vielen Anwendungsfeldern. Sie sind Innovationstreiber für ein breit gestreutes Spektrum industrieller Produkte – von elektrooptischen Endgeräten der Messtechnik über die Konsumgüterwelt bis hin zur Medizintechnik. Der Trend zur Miniaturisierung zeigt sich in immer kompakteren optischen Bauelementen und Systemen, zum Beispiel als Einweg-Endoskop-Objektive oder innerhalb von Kamerasystemen zur Gesten- oder Iriserkennung.

Für die Produktfunktion innovativer mikrooptischer Systeme ist eine hochpräzise Fertigung der Einzelkomponenten sowie exakte Ausrichtung und Fixierung unerlässlich – häufig mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern, beziehungsweise wenigen Mikroradiant oder genauer, erforderlich. Hinsichtlich einer Massenproduktion steigt hier schnell der Investitionsaufwand und lässt sich auch durch Minimierung der Fertigungskosten  – häufig durch die Produktion in Niedriglohnländern – nur schwer ausgleichen. Genau hier setzt das Projekt »HiTecMass« an.

Die wichtigste Innovation soll in einer effizienten Wertschöpfungsskette bestehen, die kostengünstige Herstellungsverfahren für Mikrooptiken mit sensorintegrierten intelligenten Montageverfahren kombiniert – ganz im Sinne des Industrie 4.0 Gedankens. Eine direkt der Herstellung nachgelagerte messtechnische Charakterisierung der individuellen Mikrooptiken und die Weitergabe der Informationen an die Montagelinie ermöglicht die massentaugliche und zugleich höchsten Toleranzforderungen entsprechende Montage des Gesamtsystems. Mithilfe eines Tolerance-Matching-Verfahrens können geeignete Bauteile miteinander kombiniert werden, um die spritzgießtechnisch bedingten Toleranzen der Einzeloptiken wechselseitig zu kompensieren.

Dieses übergeordnete Ziel erfordert eine Vielzahl an Entwicklungsschritten in der Prozesskette:

  • Entwicklung eines Tolerance-Matching Ansatzes für die massentaugliche Montage hochauflösender optischer Systeme auf Basis einer informationstechnisch integrierten Wertschöpfungskette.
  • Ergänzung der Fertigung um einen Charakterisierungsschritt für optische Funktionen.
  • Zerlegung der Montageaufgabe in Vor- und Endmontage.
  • Entwicklung eines adaptiven Werkzeugkonzepts für die Herstellung von Mikrooptiken mit verschiedenen Formen und Dimensionen. Neuland wird vor allem bei der Möglichkeit zur Nachjustierung von spezifischen Bauteilgrößen über das in der Spritzgießmaschine eingebaute Werkzeug betreten.
  • Herstellung von spritzgegossenen Mikrooptiken mit höchster Reproduzierbarkeit und hohen Anforderungen an die Maßhaltigkeit.
  • Optimierung des Spritzgießprozesses durch Rückführung von Messdaten. Herausfordernd ist hier auch die reproduzierbare, defektfreie Herstellung der Mikrooptiken. Dies umfasst auch eine bauteilgerechte Entformung der Optiken aus dem Spritzgießwerkzeug

Projektkoordination

  • Fraunhofer-Institut für Poduktionstechnologie IPT

Projektpartner

  • Innolite GmbH
  • Polyoptics GmbH

Projektträger

  • Projektträger Jülich│ Forschungszentrum Jülich GmbH