3D-Druck-Technologien am Fraunhofer IOF

3D-Tintenstrahldruck optischer Elemente

Abb. 1: Integrierte Funtionalitäten (LEDs, Baffles, gedruckte Silberspiegel) in tintenstrahlgedruckte Formkörper aus Ormocomp®.
© Fraunhofer IOF
Abb. 1: Integrierte Funtionalitäten (LEDs, Baffles, gedruckte Silberspiegel) in tintenstrahlgedruckte Formkörper aus Ormocomp®.
Abb. 2: Vollständig tintenstrahlgedruckte Formkörper aus Ormocomp®.
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Abb. 2: Vollständig tintenstrahlgedruckte Formkörper aus Ormocomp®.

Konventionell werden Mikro- und Makrooptiken über spanende Verfahren aus Glas oder durch die Abformung viskoser Polymere und Gläser gefertigt – damit lassen sich große Losgrößen realisieren. Hochindividualisierte optische Komponenten können bisher jedoch nicht wirtschaftlich hergestellt werden. Am Fraunhofer IOF wird mit dem Tintenstrahldruck von Ormoceren® nun ein neues additives Herstellungsverfahren von dreidimensionalen Mikro- und Makrooptiken untersucht, das durch seinen digitalen Charakter die Herstellung individualisierter Optikkomponenten flexibel und kostengünstig ermöglicht. Die Optiken werden dabei aus einem organisch-anorganischen Hybridpolymer, dem sogenannten Ormocomp®, gefertigt. Dieses Material ist im gesamten visuellen Spektralbereich hochtransparent und lässt sich genauso flexibel verarbeiten wie konventionelle organische Polymere. Durch den hohen anorganischen Anteil im Materialverbund hat Ormocomp®jedoch eine erhöhte chemische, thermische und mechanische Stabilität und ermöglicht somit die Herstellung robuster, hochindividualisierter und dreidimensionaler Optiken.

Mit einem kommerziellen Tintenstrahldrucker wird Ormocomp® schichtweise zu einem 3D-Körper aufgebaut. Hierzu wird eine niederviskose Tinte lagenweise verdruckt und durch eine UV-Belichtung vernetzt und verfestigt. Je nach gewählter Auflösung beträgt die Dicke einer einzelnen Drucklage zwischen 3 μm und 10 μm. Gedruckte Makrooptiken werden daher aus mehreren tausend Einzelschichten aufgebaut. Durch die Optimierung der Auflösung der gedruckten Lagen, der UV-Belichtung und der Anpassung der Druckdesigns lassen sich bereits Formgenauigkeiten der gedruckten Optiken erreichen, wie sie für Beleuchtungsoptiken üblich sind. So konnten schon Oberflächen von gedruckten Makro-optiken mit Rauheiten von < 60 nm und einem PV < 20 μm gedruckt werden. Abbildung 2 zeigt einige Beispiele vollständig gedruckter optisch transparenter 3D-Körper aus Ormocomp®. Durch das additive Herstellungsverfahren lassen sich in die gedruckten Optiken zusätzliche Funktionen einbringen. Abbildung 1 zeigt hybrid integrierte LEDs mit gedruckten Silberleitbahnen, monolithisch integrierte Absorberstrukturen und tintenstrahlgedruckte Silberspiegel in gedruckten Ormocer®-Körpern. Das Anwendungspotenzial des Verfahrens liegt im Rapid-Prototyping von Optiken und der Herstellung hochindividualisierter Komponenten mit kleinen Losgrößen.

 

Autoren: Falk Kemper, Maximilian Reif, Lisa Pohle, Thomas Schönfelder, Erik Beckert

Fraunhofer IOF auf der Compamed 2019

Vom 18. bis 21. November 2019 präsentiert das Fraunhofer IOF auf der internationalen Fachmesse für Medizintechnik Compamed in Düsseldorf inkjetbedruckte Funktionalitäten für kostengünstige Lab-on-a-Chip-Systeme und inkjetbedruckte mikro- und makrooptische 3D-Komponenten und -Systeme.

Sie finden uns in Halle 8a, Stand P13. Wir freuen uns auf Ihren Besuch!

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