Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT
© Fraunhofer IPT

Infrarotoptiken aus Chalkogenidglas

Die Umformung von Chalkogenidglas ermöglicht eine Massenfertigung von kostengünstigen Infrarotoptiken für Wachstumsmärkte und zur Erschließung neuer Anwendungen.

© Fraunhofer IPT

© Fraunhofer IPT

Massenfertigung von Freiformoptiken

Glasoptiken mit komplexen, nicht-rotationssymmetrischen Geometrien lassen sich mittels Präzisionsblankpressen effizient herstellen.

© Fraunhofer IPT

Optik aus Aachen – Führend in der Produktion

Entlang der Wertschöpfungskette decken wir alle Produktionsstufen ab – von der Auslegung optischer Systeme bis hin zur abschließenden Qualifikation.

Präzisionsblankpressen

Komplex geformte und hochpräzise Optiken aus Glas sind Schlüsselkomponenten für innovative Produkte in Massen- und Wachstumsmärkten wie der Lasertechnik, Medizintechnik, Digital Imaging, Automotive und Sensorik. Diese Optiken aus Glas lassen sich kosteneffizient mit dem isothermen Präzisionsblankpressen herstellen. Dabei werden Glasrohlinge in Form von Kugeln, polierten Scheiben oder Wafern zwischen zwei hochgenau gefertigten Werkzeughälften aufgeheizt, umgeformt und kontrolliert abgekühlt. Anschließend können die Optiken in Endkontur entnommen werden. Um eine wirtschaftliche Standzeit der Werkzeuge trotz hoher Umformtemperaturen und Kräfte sicherzustellen, setzen wir eigens entwickelte Verschleißschutzschichten ein.

Präzisionsblankpressen erschließt große Vielfalt an Geometrien und Gläsern

Im Gegensatz zu den herkömmlichen Fertigungsverfahren Schleifen und Polieren, ist das replikative Fertigungsverfahren Präzisionsblankpressen besonders geeignet für die Herstellung optischer Komponenten mit besonders komplexen Geometrien wie Asphären, diffraktive Strukturen, Linsen-Arrays oder Freiform-Optiken.

Skalierung des Werkzeugsystems ist der Schlüssel zur Effizienz

Der besondere Vorzug des Präzisionsblankpressens ist die Skalierbarkeit der Produktion durch den Einsatz von Mehrfachwerkzeugen oder einem Wafer-basierten Fertigungsansatz. In einem modularen Mehrfachwerkzeug wird eine Vielzahl definierter Rohlinge gleichzeitig zu Linsen in Endkontur umgeformt.

Die Wafer-basierte Fertigung ermöglicht es, mittels monolithischer Werkzeughälften und Glas in Form beidseitig polierter Wafer eine hochgradig gesteigerte Packungsdichte und eine große Anzahl gepresster Linsen je Umformprozess zu erzielen. Um die Herstellkosten für Infrarotoptiken weiter zu reduzieren, entwickeln wir gemeinsam mit Partnern im aktuellen Forschungsprojekt »SKALIR« beide Ansätze weiter.

Unser Leistungsangebot

  • Machbarkeitsstudien
  • Prozessentwicklung und Prototypenfertigung
  • Technologietransfer
  • Unterstützung beim Anlauf der Serienfertigung
  • Entwicklung der gesamten Prozesskette zur replikativen Fertigung von Glasoptiken
  • Skalierung von Glasumformprozessen
  • Analyse und Optimierung von Glasumformprozessen bei Ihnen vor Ort

Low-Tg-Gläser

Für anspruchsvolle optische Anwendungen nutzen wir verschiedene optische Low-Tg-Gläser, die bei Temperaturen unterhalb von 630 °C mit Hilfe von Werkzeugen aus binderarmen Hartmetall umgeformt werden. Unternehmen aus der optischen Industrie können das enorme Potential für neuartige Optikdesigns im sichtbaren Spektralbereich durch eine breite Auswahl an pressbaren Low-Tg-Gläsern nutzen, die einen Brechzahlbereich von nd = 1,4 – 2,1 und einen Abbe-Zahlbereich von 18 bis 95 abdecken.

Chalkogenidglas

Leistungsfähige Infrarotoptiken für Massenmärkte lassen sich aus Chalkogenidglas mit hoher Materialeffizienz herstellen. Durch die niedrigen Umformtemperaturen unterhalb von 400 °C können kostengünstige, monokristallin zerspanbare Werkstoffe wie Aluminumlegierungen für den Formenbau eingesetzt werden.

Das Fraunhofer IPT integriert den Werkzeugbau in bestehende Prozessketten von Unternehmen aus der Infrarotbranche. Um Optiken aus Chalkogenidglas widerstandsfähiger zu gestalten, haben wir im BMBF-geförderten Forschungsprojekt »MIRO« geeignete Verschleißschutzschichten für die Umformung von Chalkogenidglas entwickelt.

Quarzglas

Quarzglas zeichnet sich durch eine hervorragende Lichtdurchlässigkeit mit äußerst geringer interner Absorption aus und birgt daher für Hochleistungsoptiken enormes Potential. Allerdings lässt es sich erst bei Temperaturen von über 1.000 °C umformen. Das stellt produzierende Unternehmen vor die Herausforderung, Werkzeuge zu entwickeln, die diesen extremen Temperaturen standhalten.

Das Fraunhofer IPT entwickelt daher neue Werkzeugwerkstoffe und Beschichtungen, um die Herstellung von Hochleistungsoptiken aus Quarzglas zu ermöglichen.

Quarzglasumformung

Typische Produkte, die durch das Präzisionsblankpressen hergestellt werden

© Fraunhofer IPT

Asphärische Linsen

Hochgenaue Asphären mit Formfehlern unterhalb von 300 Nanometern für abbildende optische Systeme und Lasertechnik

© Fraunhofer IPT

Mikrolinsen Arrays

Arrays aus asphärischen oder azylindrischen Mikrolinsen für den Einsatz als monolitische Komponente oder als vereinzelte Linse

 

© Fraunhofer IPT

Strukturierte Optiken aus Glas

Diffraktiv- und nanostrukturierte optische Oberflächen ermöglichen Strahlformung in Lasersystemen, eine Korrektur von Farbfehlern oder die Integration einer Antireflex-Funktion.

Strukturierung in Glas

© Fraunhofer IPT

Infrarot Linsen

Kostengünstige und materialeffiziente Produktion von Infrarotlinsen aus Chalkogenidglas

© Fraunhofer IPT

Freiformoptiken

Effiziente Herstellung von nicht-rotationssymmetrischen Freiformoptiken aus Glas

© Fraunhofer IPT

Glaswerkzeuge

Massenproduktion von Kunststoffoptiken wie bspw. Kontaktlinsen durch UV- und thermische Aushärtung in hochgenauen Formen aus Glas