Strahlend auf Hochglanz Fraunhofer ILT bläst zum Aufbruch in die laserbasierte Optikfertigung

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Im Rahmen der Frankfurter Fachmesse Optatec 2024 wird das Fraunhofer ILT die Vision hochflexibler, laserbasierter Prozessketten für die Optikfertigung im Mai vorstellen.

Der anhaltende Trend zu Asphären und Freiformoptiken führe die klassischen, auf rein mechanischer Bearbeitung basierenden Prozessketten in der Optischen Industrie an ihre Grenzen. Doch schon heute lassen sich individuell designte Asphären und Freiformoptiken mithilfe von Laserverfahren fertigen. Der zentrale Vorteil des Lasers ist seine digitale Steuerung in Verbindung mit der masse- und berührungslosen Materialbearbeitung, erklären die ILT-Forscher aus Aachen. Aufgrund der numerisch gesteuerten Prozesse ohne Formwerkzeuge seien Bearbeitungszeiten nicht mehr von der Linsenform abhängig. Speziell bei komplexen Geometrien spart das Geld, wie es weiter heißt. Weil keinerlei Verbrauchsmaterialien nötig sind, minimieren Laserverfahren auch den Reinigungsaufwand. Diese Flexibilität gelte es nun in die industrielle Anwendung zu bringen. Zunächst als einzelne laserbasierte Prozesse und langfristig als vollständig laserbasierte Optikfertigung, die von der Formgebung über die Politur bis hin zur Formkorrektur auf Nanometerebene reicht.

Der Ultrakurzpulslaser macht`s mal wieder möglich ...

Basis dieser laserbasierten Prozesskette der Zukunft ist die Formgebung mithilfe von Ultrakurzpulslasern (UKP-Laser), oder des subtraktiven Selective Laserinduced Etchings (SLE). Daneben stehen am ILT das Laserpolieren gläserner und bei Bedarf auch polymerer Linsen sowie die Präzisionsformkorrektur im Highend-Bereich auf der Agenda. Letztere habe man im Fraunhofer-ILT-Forschungsfeld Formkorrektur von Optiken, bereits mithilfe von CO₂- und von UKP-Lasern demonstriert. CO₂-Laser sind auch bei der Laserpolitur im Einsatz. Rund 80 Prozent ihrer eingekoppelten Energie werden nämlich in den obersten Glasschichten absorbiert. Die Eindringtiefen liegen zwischen 3 und maximal 30 Mikrometer. Hier schmilzt dann das Glas, geht in einen honigartigen Zustand über und zieht sich dann beim Erkalten infolge der Oberflächenspannung automatisch glatt. Dieses Umschmelzen der Randschicht samt Oberflächenglättung durch Grenzflächenspannung bringt herausragende Oberflächenqualitäten. Das wären Rauheiten im Sub-Nanometerbereich, die neue Standards setzen und die Laserverfahren für Anwendungen, die höchste optische Leistungen erfordern, prädestinieren, wie die Forscher sagen.

Der Laser soll alle Bereiche der Optikfertigung verbessern

Bei der Beseitigung jener Mikrorauheiten, an denen das Licht streut und Linsen trübe erscheinen lässt, ergänzen laserbasierte Verfahren bereits die mechanisch dominierten Prozessketten der Branche. Man arbeite nun systematisch daran, dass die Optikfertigung über solche hybriden Ansätze zu rundum laserbasierten Prozessketten komme. Das Spektrum reicht, wie es weiter heißt, von Mikro- und Makrooptiken oder individuell geformten Spezialoptiken bis hin zu Glaskörpern, die sich per SLE auch im Innern strukturieren lassen. Noch ergänzten sich mechanische und laserbasierte Prozesse, doch das klare Ziel des Fraunhofer ILT sei es, die Vorteile der Lasertechnik für alle Bereiche der Optikfertigung nutzbar zu machen.

Per Laser zur individualisierten Massenfertigung von Optiken

Das ILT gibt auf der Optatec 2024 (Halle 3.1) bald Einblicke in den Stand der Entwicklung. Man stellt die Vision komplett laserbasierter Prozessketten vor. Wenn sich die Form von Optiken jeweils an die spezifischen Anforderungen adaptieren lässt, lassen sich hochkomplexe optische Systeme mit deutlich weniger Einzelkomponenten realisieren, was Zeit und Kosten spart.

Und um das Potenzial der laserbasierte Optikfertigung im Detail zu erörtern, empfiehlt sich über den Besuch der Messe hinaus eine Teilnahme an der erstmals vom Fraunhofer ILT veranstalteten „Conference on Laser-based Optics Manufacturing“, die am 15. und 16. Oktober 2024 parallel zur 6th Conference on Laser Polishing LaP an dem Aachener Forschungsinstitut stattfinden.

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