Optatec 2016: Robuste optische Elemente aus Glas für die LED-Beleuchtung

Pressemitteilung / 18.5.2016

Der Marktanteil von LED-Leuchtmitteln wird bis zum Jahr 2020 bei rund 70 Prozent liegen, prognostiziert die Unternehmensberatung McKinsey. Mit der Zahl der LEDs wird daher zukünftig auch der Bedarf an komplexen Vorsatzoptiken steigen, die dazu dienen, das Licht zu lenken. Überall dort, wo besondere Beständigkeit gegenüber extremen Temperaturbelastungen und UV-Strahlung gefordert ist, können Glasoptiken ihre Vorteile ausspielen. Das nicht-isotherme Blankpressen erlaubt es, diese in einem einzigen Fertigungsschritt herzustellen. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT zeigt auf der Optik-Fachmesse Optatec vom 7. bis 9. Juni 2016 in Frankfurt am Main, wie Unternehmen im LED-Markt von dem schnellen und kostengünstigen Verfahren profitieren können.

LED-Optik und zugehöriges Umformwerkzeug
TIR Beleuchtungsoptiken aus Glas

Während für LED-Optiken aus Kunststoff bereits etablierte und wirtschaftliche Fertigungsprozesse zur Verfügung stehen, ist die Herstellung von Glasoptiken für High-End-Anwendungen noch immer mit hohem Fertigungsaufwand verbunden. 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: Ein vorportionierter Glasrohling wird dafür in einem speziellen Heizofen auf Temperaturen bis zu 900 °C aufgeheizt und anschließend unter hohem Druck innerhalb weniger Sekunden umgeformt. Durch die kurzen Prozesszeiten und den Verzicht auf weitere Schritte zur Nachbearbeitung ist der Prozess prädestiniert für die Serienfertigung. Damit gelingt es nun, die Vorteile des Werkstoffs Glas auch für die Beleuchtungsoptik zu nutzen.

Kostengünstig und hochgenau: Abgeformte Optiken in hoher Stückzahl

Ziel der aktuellen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am Fraunhofer IPT in Aachen ist es, die Formgenauigkeit der Optiken zu erhöhen, die durch nicht-isothermes Blankpressen hergestellt werden. Dazu dienen Abformwerkzeuge aus neuen keramischen Werkstoffen mit besonders langer Lebensdauer und speziell daran angepasste Fertigungsprozesse. Weitere Arbeiten des Fraunhofer IPT zielen auf die Fertigung besonders kleiner Glasoptiken mit wenigen Millimetern Durchmesser. Hier existieren bereits vielversprechende Ansätze, um mit kommerziell verfügbarem Flachglas eine Vielzahl an Einzeloptiken in nur einem Prozessschritt zu erzeugen. Das kann die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens noch weiter verbessern und hilft dabei, gänzlich neue Anwendungsfelder zu erschließen.

Auf der Optatec zeigt das Fraunhofer IPT in Halle 3 an Stand D50 verschiedene optische Bauteile für die LED-Beleuchtung aus Borosilikatglas, die im EU-geförderten Forschungsprojekt CENTiMO (Förderkennzeichen FP7-SME-606105) mit dem Verfahren des nicht-isothermen Blankpressens hergestellt wurden, sowie hochpräzise Abformwerkzeuge, die die Aachener Forscher mit einem eigens zu diesem Zweck entwickelten FEM-Simulationsmodul berechnet haben.