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05.02.2019

Nanoscribe präsentiert 3D-Drucker für die Serienproduktion von Mikrooptiken

Auf der Messe Photonics West in San Francisco (2. bis 7. Februar 2019) zeigt Nanoscribe den Weg vom 3D-gedruckten Polymer-Master zum Serienprodukt.


Additive Fertigung von Mikrooptiken

Basierend auf der hochpräzisen Technologie der Zwei-Photonen-Polymerisation (2PP) verarbeiten die Nanoscribe 3D-Drucker nahezu beliebige mikrooptische Designs, um daraus funktionale Objekte mit submikrometerfeinen Strukturen entstehen zu lassen. Im Vergleich zu herkömmlichen Methoden, wie der Graustufen-Lithografie, thermischen Verfahren (Reflow) oder dem Diamantfräsen, bietet die 2PP-Technologie eine enorme Designfreiheit kombiniert mit einem stabilen chemischen Prozess. Dies ermöglicht es, nahezu beliebige konkave oder konvexe Topographien zu erzeugen, wie z.B. kompakte refraktive Mikrooptiken, Retroreflektoren mit scharfen Kanten, Freiform-Optiken oder Verbundlinsensysteme, die aus zwei oder mehr gestapelten Linsen bestehen. Die direkte Umsetzung eines CAD-Modells in ein fertiges 3D-gedrucktes Objekt erleichtert die schnelle Optimierung von Designs und verkürzt somit die Iterationszyklen. Von dem direkten Druckverfahren profitiert außerdem die Fabrikation sogenannter Multilevel Diffractive Optical Elements (DOE): Mit dem 3D-Druck eines DOE-Masters und der sich anschließenden replizierenden Fertigung entfällt eine Vielzahl von Lithografie-Schritten und die dafür jeweils notwendigen Masken. Das spart Zeit und Kosten.

  • Im 3D-Druck hergestellter Polymer-Master mit hochpräzisem Mikrolinsen-Array. Bild: Nanoscribe

    Im 3D-Druck hergestellter Polymer-Master mit hochpräzisem Mikrolinsen-Array. Bild: Nanoscribe

  • Die Serienfertigung von Mikrolinsen-Arrays beruht auf einem dreistufigen Prozess: 3D-gedruckter Polymer-Master, Prägeform oder -stempel und Replikation, hier am Beispiel des Spritzguss. Bild: Nanoscribe

    Die Serienfertigung von Mikrolinsen-Arrays beruht auf einem dreistufigen Prozess: 3D-gedruckter Polymer-Master, Prägeform oder -stempel und Replikation, hier am Beispiel des Spritzguss. Bild: Nanoscribe

  • Der Photonic Professional GT2 ist Nanoscribes neuer 3D-Drucker zur Herstellung hochpräziser Mikrostrukturen. Als Polymer-Master werden diese zum Ausgangspunkt für die Serienfertigung. Bild: Nanoscribe

    Der Photonic Professional GT2 ist Nanoscribes neuer 3D-Drucker zur Herstellung hochpräziser Mikrostrukturen. Als Polymer-Master werden diese zum Ausgangspunkt für die Serienfertigung. Bild: Nanoscribe

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Nanoscribes Drucktechnologie beruht auf dem Zusammenspiel von präzisem 3D-Druck, einer eigens entwickelten Software für die Drucksteuerung mit anwendungsspezifisch optimierten Parametern sowie maßgeschneiderten Fotolacken. Im 3D-Drucker Photonic Professional GT2 kommt ein Femtosekunden-Laser zum Einsatz, der lichtempfindliches Druckmaterial ausschließlich im engsten Fokuspunkt belichtet. Der Fotolack wird beim Druck Schicht für Schicht gescannt und punktweise ausgehärtet. Das dreidimensionale Scanraster kann so fein gewählt werden, dass in einem Durchlauf eine Mikrostruktur mit optischer Oberflächenqualität entsteht. Dieser additive Fertigungsprozess ermöglicht die Herstellung von Mikrooptiken mit anspruchsvollen Designs, die bisher mit anderen Technologien nicht realisierbar waren. So können halbkugelförmige und asphärische Mikrolinsen-Arrays mit beliebig kleinen Abständen zwischen den Linsen oder sich überlappende Linsenanordnungen hergestellt werden. Die gedruckten Strukturen erreichen eine optische Qualität, ihre Oberflächenrauigkeit beträgt nur wenige Nanometer bei einer hohen Formgenauigkeit mit Abweichungen von weniger als einem Mikrometer. Sowohl regelmäßige als auch computergestützt zufällige Linsenanordnungen sind realisierbar und eignen sich zum Beispiel für Beleuchtungsanwendungen, wo es auf eine homogene Lichtverteilung ankommt.


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