Forschung & Entwicklung

Ausschuss bei Mikrolinsen gesenkt

Ein neuer Produktionsansatz ermöglicht es, Mikrooptiken aus mehreren einzelnen Linsen verschiedener Brennweiten modular aufzubauen. Dies kompensiert optische Abweichungen und reduziert den Ausschussanteil bis in den niedrigen einstelligen Prozentbereich.

Das enorme Potenzial mikrooptischer Systeme zeigt sich bereits heute in der Kommunikationstechnik und Konsumgüterindustrie, wo Kunststoffoptiken mit nur wenigen Millimetern Durchmesser als Kameraobjektive in Mobiltelefonen eingesetzt werden. Bereits kleine Formabweichungen führen zu starken funktionalen Abweichungen. Dieser Effekt wird umso deutlicher, je kleiner die Optik ist. Für die Produktfunktion mikrooptischer Systeme ist deshalb eine hochpräzise Fertigung der Einzelkomponenten sowie exakte Ausrichtung und Fixierung unerlässlich – häufig mit einer Genauigkeit von wenigen Mikrometern oder wenigen Mikroradiant. Bei der geforderten Präzision liegt der Ausschussanteil in der Herstellung solcher Systeme oft bei bis zu 40 %. Bei einer Massenproduktion steigt hier schnell der Investitionsaufwand und lässt sich auch durch Minimierung der Fertigungskosten nur schwer ausgleichen. Genau an dieser Stelle setzt das Forschungsprojekt HiTecMass an.

Im Projekt wurde eine effiziente Wertschöpfungskette entwickelt, die kostengünstige Herstellungsverfahren für Mikrooptiken mit sensorintegrierten intelligenten Montageverfahren kombiniert. Dazu setzt das Konsortium aus Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT (Projektkoordination), Innolite und Polyoptics unter anderem auf ein serientaugliches Werkzeugkonzept für den Spritzguss, mit dem sich die Kunststofflinsen mit höchster Qualität produzieren lassen. Eine der Herstellung direkt nachgelagerte messtechnische Charakterisierung der individuellen Mikrooptiken und die Weitergabe der Informationen an die Montagelinie schafft die Voraussetzungen für die massentaugliche Montage des Gesamtsystems unter höchsten Toleranzanforderungen. Mithilfe eines sogenannten Tolerance-Matching-Verfahrens können geeignete Linsen so miteinander kombiniert werden, dass sich die Toleranzabweichungen der Einzeloptiken, die durch den Spritzgießprozess entstehen, wechselseitig kompensieren.

Durch das neue Fertigungskonzept lässt sich nicht nur die Produktqualität verbessen, sondern auch die Ausschussrate senken. Gleichzeitig sinkt der Investitionsaufwand für die Fertigung mikrooptischer Systeme.

Das Projekt HiTecMass wurde durch Mittel des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) 2014-2020 gefördert. mn

www.ipt.fraunhofer.de

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