Feinbearbeitung und Optik

Die Abteilung »Feinbearbeitung und Optik« entwickelt Technologien zur Herstellung und Bearbeitung von Präzisionskomponenten. Die Basis bildet ein ausgeprägtes Grundlagenverständnis, das anhand konkreter Fragen in die industrielle Praxis überführt wird. Hier findet die neueste Maschinen- und Softwaretechnik Verwendung. Zum Technologieportfolio gehören die ultrapräzise Schleif- und Polierbearbeitung, die Diamantzerspanung sowie das Pressen hochpräziser Glaskomponenten, bei dem wir die gesamte Prozesskette abdecken – vom Werkzeugdesign bis zum Pressen der fertigen Optiken.

Für die automatisierte Feinbearbeitung entwickeln wir roboter- und maschinenbasierte Schleif- und Poliertechnologien, um die heute noch manuellen Operationen im Werkzeug- und Formenbau und in der Fertigung von Triebwerkskomponenten zu substituieren.

Optik

• Präzisionsblankpressen
• Nicht-isothermes Blankpressen
• Simulation von Glasumformprozessen
• Beschichtung von Glasumformwerkzeugen
• Vakuumunterstütztes Tiefziehen von Dünnglas

Feinbearbeitung

• Automatisierungslösungen für die Feinbearbeitung
• Poliertechnologie
• Ultrapräzisionsbearbeitung
• Schleifen und Honen

Hochpräzise Optiken aus Glas können kosteneffizient mit dem isothermen Präzisionsblankpressen hergestellt werden. Dieses replikative Fertigungsverfahren ist prädestiniert für besonders komplexe Geometrien wie Asphären, diffraktive Strukturen, Linsen-Arrays oder Freiform-Optiken. Für anspruchsvolle optische Anwendungen stehen eine Vielzahl speziell entwickelter optischer Low-Tg-Gläser zur Verfügung. Darüber hinaus können auch infrarottransmissive Chalkogenidgläser und Quarzglas für das Präzisionsblankpressen eingesetzt werden. Der besondere Vorzug des Verfahrens ist Skalierbarkeit der Produktion durch den Einsatz von Mehrfachwerkzeugen oder einem Wafer basierten Fertigungsansatz.

Unser Leistungsangebot

• Entwicklung der gesamten Prozesskette zur replikativen Fertigung von Glasoptiken basierend auf Ihrer Zeichnung.
• Skalierung von Glasumformprozessen durch Mehrfachwerkezuge oder waferbasierte Fertigung.
• Analyse, Implementierung und Optimierung von Glasumformprozessen bei Ihnen vor Ort.

Anders als beim herkömmlichen Schleifen und Polieren lassen sich anhand des nicht-isothermen Blankpressens komplexe Glasoptiken und sogar mikrostrukturierte Oberflächen mit einer Vielzahl unterschiedlicher optischer Funktionsflächen in einem einzigen Prozessschritt herstellen. Durch die kurzen Prozesszeiten und den Verzicht auf weitere Schritte zur Nachbearbeitung ist der Prozess prädestiniert für die Serienfertigung. Damit gelingt es, die Vorteile des Werkstoffs Glas auch für Ihre Anwendung nutzbar zu machen.

Unser Leistungsangebot

• Entwicklung von Blankpressprozessen zur Fertigung kostengünstiger Glasoptiken.
• Überprüfung der technischen Umsetzbarkeit und der wirtschaftlichen Potenziale der Glasumformung für Ihre Glasprodukte.
• Analyse, Implementierung und Optimierung von Glasumformprozessen bei Ihnen vor Ort.

Das Präzisionsblankpressen ist ein leistungsfähiges Fertigungsverfahren zur replikativen Herstellung komplex geformter Glasoptiken. Während des Präzisionsblankpressens führt der Einfluss vieler Faktoren zu einem Schrumpffehler. Um diesen Fehler zu minimieren, entwickelte das Fraunhofer IPT eine integrierte numerische Simulationssoftware. Anhand der Simulation lässt sich die Glasschrumpfung erstmals vorhersagen und eine A-priori-Auslegung der Werkzeugformeinsätze durchführen. Der Einsatz des Simulationswerkzeugs kann damit den Aufwand bei der Werkzeugherstellung deutlich senken.

Unser Leistungsangebot

• Simulationsunterstützte Auslegung von Glasumformprozessen, insbesondere Rohlings- und Werkzeugdesign
• Messung von umformungsrelevanten Glaseigenschaften
• SimPGM – Simulations Software Tool für das Präzisionsblankpressen mit benutzerfreundlichem Bedieninterface

Durch das Präzisionsblankpressen lassen sich komplexe Glasoptiken für anspruchsvolle Hightech-Anwendungen herstellen. Ein wirtschaftlicher Einsatz dieses Prozesses hängt vor allem von der Anzahl der Linsen ab, die mit einem Werkzeugsatz hergestellt werden können. Die hohen thermischen, mechanischen und chemischen Belastungen während des Prozesses führen jedoch häufig zu vorzeitigem Werkzeugverschleiß. Spezielle Schutzschichten können die Standzeit der Werkzeuge verlängern und so die Wirtschaftlichkeit des Prozesses um ein Vielfaches verbessern.

Unser Leistungsangebot

• Anwendungsspezifische Entwicklung von PVD-Beschichtungen für die Glasumformung
• Analyse und Charakterisierung von Verschleißschutzschichten für die Glasumformung
• Standzeituntersuchungen von neuartigen Beschichtungen auf einem speziellen Glaspressprüfstand

Mit der automatisierten Feinstbearbeitung entwickeln wir für den Werkzeug- und Formenbau, für die Herstellung von Turbomaschinen und für die Medizintechnik Fertigungssysteme, mit denen sich Oberflächen in technischer bis hochglänzender Qualität produzieren lassen. Aufgrund der Vielfalt an Anwendungen der Feinbearbeitungsprozesse »Schleifen« und »Polieren« erarbeiten wir sowohl roboterbasierte als auch maschinenintegrierte Technologien in interdisziplinären Projekten mit Industrie und Forschung.

Das vorbereitende und finale Polieren optischer Komponenten unterschiedlicher Werkstoffe unterliegt einer Vielzahl voneinander abhängiger Einflussgrößen. Um das Polierergebnis vorherzusagen, ist ein ausgeprägtes Grundlagen- und Prozessverständnis der zunehmend bauteil- und werkstoffspezifisch zu betrachtenden Polierschritte notwendig.

Die Werkstoffe und die erforderlichen Oberflächenqualitäten bestimmen i.d.R. die Poliersysteme bzw. -verfahren, die durch den vorherrschenden Materialabtragmechanismus in der Namensgebung unterschieden werden (mechanisch, mechano-chemisch, chemo-mechanisch). Die zu bearbeitenden Geometrien bestimmen die erforderlichen Maschinen- und Polierverfahren. Hierbei werden Polierverfahren in flächiges und zonales Polieren unterschieden.

Entsprechend Ihren Anforderungen an die Polieraufgabe entwickeln wir individuelle Polierschritte, die Sie unterstützten, Ihre Fertigung optischer Komponenten effizienter und reproduzierbarer zu gestallten.

Unser Leistungsangebot

• Qualifizierung und Benchmark von Poliersystemkomponenten
• Bewertung und Auswahl von geeigneten Poliersystemen
• Optimierung von Polierprozessen
• Werkzeugmaschineintegriertes Polieren
• Analyse von Polierdefekten

Mittels Ultrapräzisionsbearbeitung ist die hochgenaue Bearbeitung optischer und mechanischer Bauteile aus einer Vielzahl von Werkstoffen möglich. Die flexiblen Prozesse erlauben die Fertigung von rotations- und nichtrotationssymmetrischen Bauteilen, beispielsweise von Sphären, Asphären, Freiformflächen und strukturierten Oberflächen. Durch den Einsatz spezieller Ultrapräzisionsmaschinen, luftgelagerter Spindeln und geeigneter Prozessstrategien können Formgenauigkeiten von P-V < 250 nm und Oberflächenrauheiten von Ra < 5 nm erreicht werden.

Am Fraunhofer IPT stehen hierfür das UP-Schleifen und das UP-Drehen mit monokristallinen Diamanten inklusive Ultraschallunterstützung zur Verfügung. Das Werkstoffspektrum umfasst unter anderem Keramiken, Hartmetalle, Nichteisenmetalle, Stähle, Kunststoffe und Gläser.

Unser Leistungsangebot

• Machbarkeitsstudien und Prototypenfertigung
• Entwicklung und Qualifizierung von Bearbeitungsprozessen
• Bearbeitung neuartiger Werkstoffe
• Technologische Beratung