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Additive Fertigung Optische Mikrolinsen aus dem 3D-Drucker

| Redakteur: Beate Christmann

Eine Forschungsgruppe der Universität Stuttgart hat ein Verfahren entwickelt, bei dem mit einem Femtosekundenlaser Objektive in einer Größe von nur wenigen Mikrometern gedruckt werden können. Damit könnten bald kleinste Kameras beispielsweise für Endoskope oder Drohnen in Insektengröße gebaut werden.

Komplexes 3D-gedrucktes Objektiv auf einer optischen Faser neben einer Fliege.
Komplexes 3D-gedrucktes Objektiv auf einer optischen Faser neben einer Fliege.
(Bild: Universität Stuttgart, 4. Physikalisches Institut)

Generative Fertigungsverfahren haben sich in den vergangenen Jahren rasend weiterentwickelt: Sie sind präziser geworden und während sich die Produktionszeiten verkürzt haben, sind die Kosten für die Fertigung enorm gesunken. Mithilfe von serieller Auftragung, bei der Punkt für Punkt oder Linie für Linie geschrieben wird, können komplexe Bauteile schnell realisiert werden.

Bei optischen Bauteilen stießen Konstrukteure jedoch bisher an ihre Grenzen. Dank Forschern der Universität Stuttgart steht die Methode nun aber auch für Objektive zur Verfügung. „Der Zeitraum von der Idee über das Optikdesign zum CAD-Modell und zum fertigen, gedruckten 3D-Mikroobjektiv verkürzt sich damit auf unter einen Tag“, erklärt Prof. Dr. Harald Giessen, Leiter des 4. Physikalischen Instituts an der Universität Stuttgart.

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Nicht nur kugelförmige Linsen

Ein Femtosekundenlaser, der eine Pulsdauer von weniger als 100 fs besitzt, wird mithilfe eines Mikroskops in einen flüssigen Fotolack fokussiert, der vorher auf einem Träger, zum Beispiel einem Glasplättchen aufgebracht wurde. Zwei Photonen des roten Laserstrahls mit der Wellenlänge 785 nm werden im Brennpunkt gleichzeitig absorbiert und belichten ihn. Dadurch härtet der Fotolack. Der Laserstrahl kann mit einem Scanner oder durch Verfahren des Substrates in alle drei Raumrichtungen die gewünschte Form abfahren, die hergestellt werden soll. Nach der Belichtung wird der unbelichtete Fotolack mithilfe eines Lösungsmittels weggewaschen und nur das gehärtete, durchsichtige Polymer bleibt zurück und bildet das optische Element.

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