Projekte

AM-OPTICS

Additive Fertigung optischer Hochleistungskomponenten

Programm: PDA Forschung für Produktion
Bekanntmachung: Additive Fertigung - Individualisierte Produkte, komplexe Massenprodukte, innovative Materialien (ProMat_3D)
Wettbewerb: Additive Fertigung - Individualisierte Produkte, komplexe Massenprodukte, innovative Materialien (ProMat_3D)

Kurzbeschreibung:
Ziel des Forschungsprojekts AM-OPTICS ist die Weiterentwicklung eines reproduzierbaren SLM-Prozesses zur Herstellung optischer Komponenten, wie beispielsweise leichtgewichtige Metallspiegel für hochpräzise Anwendungen. Hierzu wird eine geschlossene Technologiekette unter Verwendung von Lasern mit kurzen Lichtpulsen aufgebaut und erprobt. Erstmalig wird es möglich sein, das hohe Potenzial der SLM-Fertigung gezielt auf Komponenten, wie beispielsweise Metallspiegel für die Anwendung in der Hochleistungsoptik, anzupassen. Die hierzu benötigten Wandstärken und geforderten Oberflächenrauheiten der Bauteile können deutlich verbessert werden.

www:
http://www.am-optics.de

Projektdauer: 01.02.2017 − 31.12.2019

Projektkoordinator:
Patrick Stolarczyk
ARGES GmbH
Telefon: +49 9431 7984-167
E-Mail: stolarczyk@arges.de

Ansprechpartner bei PTKA:
Dipl.-Chem. Katharina Arnold
Telefon: +49 721 608-24721
E-Mail: katharina.arnold@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Maßgeschneiderte Metallspiegel mit exzellenten Eigenschaften finden Anwendungen in Spektrometern, Scannern und Teleskopen. Die Optimierung dieser Metallspiegel erfolgt hinsichtlich optischer, mechanischer und thermischer Eigenschaften, wie übertragbare Laserleistung, Formgenauigkeit, Steifigkeit, Gewicht oder Temperaturstabilität. Die additive Fertigung auf Grundlage des selektiven Laserschmelzens (SLM) ermöglicht, optische Komponenten, wie Spiegel und deren mechanische Halterung, mit zusätzlichen Funktionen auszustatten. Darüber hinaus können neue Geometrien erzeugt werden, die mit bisherigen Fertigungsverfahren nicht herstellbar sind. Zusätzlich kann Material und somit Gewicht eingespart werden. Dabei müssen die Metallspiegel die industriellen Anforderungen an Hochleistungsoptiken, wie Festigkeit, Oberflächenqualität oder Wärmeabfuhr erfüllen.

Projektziel
Ziel des Forschungsprojekts AM-OPTICS ist die Weiterentwicklung eines reproduzierbaren SLM-Prozesses zur Herstellung optischer Komponenten, wie beispielsweise leichtgewichtige Metallspiegel für hochpräzise Anwendungen. Hierzu wird eine geschlossene Technologiekette unter Verwendung von Lasern mit kurzen Lichtpulsen aufgebaut und erprobt.

Vorgehensweise
Beginnend beim Bauteildesign, der Materialanpassung, über die Anlagen- und Prozesstechnik bis zur Nachbearbeitung durch Beschichtung oder Ultrapräzisionsdrehen mit Diamantwerkzeugen werden alle relevanten Schritte analysiert und entsprechend weiterentwickelt. Dazu wird eine SLM Experimentalmaschine aufgebaut, um die hohen Ansprüche aller dazu notwenigen Prozessschritte optimal aufeinander abstimmen zu können. Die Erprobung erfolgt an drei exemplarischen Metallspiegeln: Ein hochdynamischer Scanspiegel soll laserstabil und gewichtsoptimiert sein. Ein ultraleichter Weltraumspiegel muss die hohen Anforderungen hinsichtlich Festigkeit für Raketenstarts und Formstabilität erfüllen. Ein gekühlte Laserspiegel soll durch integrierte Kühlkanäle die eingebrachte Strahlungswärme effizient abführen können.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Erstmalig wird es möglich sein, das hohe Potenzial der SLM-Fertigung gezielt auf Komponenten, wie beispielsweise Metallspiegel für die Anwendung in der Hochleistungsoptik, anzupassen. Die hierzu benötigten Wandstärken und geforderten Oberflächenrauheiten der Bauteile können deutlich verbessert werden. Die Projektergebnisse sichern die Wettbewerbsvorteile deutscher Hightech-Unternehmen, ermöglichen die Entwicklung innovativer Produkte und unterstützen die Erschließung neuer Wachstumsmärkte in der Produktion, Lasermaterialbearbeitung sowie Luft- und Raumfahrt.

Publikationen

Deutschland druckt dreidimensional
Erscheinungsjahr: 2019
Beschreibung: Von der Hüftprothese über Windflügel bis zu Flugzeugturbinen – die Vielfalt an möglichen Anwendungen des industriellen 3D-Drucks ist beinahe grenzenlos. Jedoch stecken die Technologien für die sogenannte additive Fertigung vielfach noch in den Kinderschuhen. Die in der Broschüre vorgestellten Forschungsaktivitäten basieren auf den beiden Rahmenprogrammen „Innovationen für die Produktion, Dienstleistung und Arbeit von morgen“ und „Vom Material zur Innovation“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Als Projektergebnisse werden neue Methoden, Werkzeuge, Verfahren, Anlagen, Materialien, Richtlinien, Leitfäden und Konzepte für die industrielle Einführung der additiven Fertigung erarbeitet. Die Erprobung der Ergebnisse erfolgt an konkreten Demonstratoren in Pilotbereichen mit Referenzcharakter. Die Möglichkeiten der internationalen Kooperation werden ebenfalls dargestellt. Die Broschüre kann auch über den Publikationsversand des BMBF bestellt werden, Bestell-Nr.: 31357.

Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu