SKALIR-Projekt – Skalierbare Replikation von Infrarot-Linsen

Die Verwendung präziser IR-Optiken ist oftmals ideal für thermografische Anwendungen (etwa für Materialanalysen oder Überwachungssysteme), Fahrerassistenzsysteme und in der industriellen Sensorik. Ausschlusskriterium verfügbarer IR-Optiken sind die zumeist hohen Kosten in der konventionellen Fertigung. Zur Erschließung neuer Anwendungsfelder und Märkte suchen Hersteller entsprechender Systeme nach wirtschaftlichen Lösungen. INGENERIC ist Partner des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) aus Aachen und konnte im gemeinsamen Projekt einen kostenoptimierten Ansatz zur replikativen Fertigung von Infrarot-Linsen mittels Präzisionsblankpressen von Chalkogenidglas entwickeln.  

Mit dieser Technologie lassen sich signifikante Einsparungen um den Faktor 5 bis 10 bei Material und Stückkosten realisieren. Beim isothermen Präzisionsblankpressen werden Glasrohlinge zwischen zwei Werkzeughälften aufgeheizt, umgeformt und in einem kontrollierten Prozess abgekühlt. Im sichtbaren Spektralbereich erprobt und industriell angewendet, lassen sich Optiken mit unterschiedlichsten Glasmaterialien und komplexen Geometrien herstellen, die beispielsweise in Kameralinsen, der Laser- oder Medizintechnik und Komponenten für das autonome Fahren verbaut werden. Die auf diese Weise erzeugten Endkonturen weisen überlegene Eigenschaften auf, die sich mit herkömmlichen Fertigungsverfahren wie Schleifen und Polieren nicht erreichen lassen.  

Am Anfang stand die Skalierung des Werkzeugsystems

Das Forschungsprojekt „Skalierbare Abformung von Linsen für IR-Anwendungen – SKALIR“ sollte den effizienten Einsatz des Präzisionsblankpressens auch im Bereich der Infrarot-Optiken aufzeigen. Zunächst haben die Aachener Projektpartner eine FEM-Simulation zur skalierbaren Umformung von Chalkogenidglas entwickelt, welches sich besonders für leistungsfähige Infrarot-Optiken und Massenmärkte eignet. Grund dafür ist, dass sich dieses Glas bereits bei relativ niedrigen Temperaturen mit hoher Materialeffizienz umformen lässt. Allerdings mussten zunächst die grundlegend anderen Eigenschaften im Vergleich zu konventionellem Glas erforscht werden. Für präzise Vorhersagen über den Umformprozess wurden die Materialeigenschaften bei unterschiedlichen Bedingungen charakterisiert. Daraus leiteten die Projektpartner ein skalierbares Werkzeugkonzept mit dazugehörigem Formenbau sowie entsprechender Werkzeugbeschichtung ab. Je nach Zielgeometrie lassen sich kostengünstige Mehrfachwerkzeuge einsetzen und Wafer mit bis zu 500 IR-Einzeloptiken pro Pressprozess herstellen. Dieser replikative Ansatz führt zur Skalierbarkeit der Produktion und verbessert die Effizienz der Prozesse maßgeblich im Vergleich zur Herstellung von Linsen mit Einzelwerkzeugen. Somit ist die Voraussetzung geschaffen, neue Volumenmärkte für Infrarot-Optiken zu erschließen.

Hintergrund und Projektpartner

Das Forschungsprojekt »Skalierbare Abformung von Linsen für IR-Anwendungen – SKALIR« wurde vom 1. März 2017 bis 29. Februar 2020 aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert. Das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) ist Konsortialführer, mitwirkende Partner sind die INGENERIC GmbH und die Aixtooling GmbH (welche zwischenzeitlich mit der INGENERIC GmbH verschmolzen wurde). INGENERIC entwickelt und fertigt optische Komponenten für Highpower-Anwendungen sowie optische Systeme für die wissenschaftliche Forschung, medizinische und messtechnische Anwendungen und verschiedene Industriezweige. Gegründet im Jahr 2001 als Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) beschäftigt INGENERIC heute rund 100 Mitarbeiter. Seit 2013 ist INGENERIC Teil des Hightech-Unternehmens TRUMPF.

Quelle: Fraunhofer IPT Labormuster für die Produktion von Infrarotoptiken aus Chalkogenidglas im Wafer-Maßstab (100 mm)

Im Juli 2019 fusionierte die INGENERIC GmbH mit der Aixtooling GmbH, einem Werkzeughersteller für Präzisionsoptik, und erweiterte auf diese Weise seine Fertigungstechnologien. Das gleichfalls 2005 als Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Produktionstechnologie (IPT) gegründete Unternehmen entwickelt und produziert hochpräzise Presswerkzeuge für das Präzisionsblankpressen. 2019 zogen Hauptsitz und Produktionsstätte innerhalb der Technologieregion Aachen nach Baesweiler. Die erweiterten Kompetenzen und Kapazitäten sichern die Position der gestärkten INGENERIC GmbH als Technologieführer mit wachsendem Zukunftspotenzial.