Zentrum für Optische Technologien (ZOT)

Neue additive Technologien, Materialien und Konzepte werden in den SmartPro-Impulsprojekten AddFunk (2017-2021) und Smart-ADD (2021-2025) im engen Austausch mit den SmartPro-Anwendungsfeldern (Energiewandler, Energiespeicher und Leichtbau) querschnittlich entwickelt.

Ziel des Projekts ist der Ausbau der Infrastruktur im Bereich der additiven Feritung in Richtung Nanostrukturen.

In diesem Vorhaben werden neuartige softwarebasierte Verfahren für genaue dimensionale Messungen
von Mikro- und Nanostrukturen mittels mikroskopisch-bildgebender Messverfahren erforscht und
entwickelt. Diese werden in der industriellen Messtechnik für präzise, auf SI-Einheiten rückgeführte
optische Messungen von 2D und 3D Geometrien mittels quantitativer Mikroskope, optischer
Koordinatenmessgeräte (KMG) oder ähnlicher bildgebender Messsysteme benötigt.

Mikrolinsen finden eine breite Anwendung in der Optik. Vom hohen Interesse wäre dabei eine individualisierte Form solcher Mikrolinsen zu ermöglichen. Allgemein ermöglicht der 3D Druck einen hohen Individualisierungsgrad von Bauteilen. In diesem Projekt soll deshalb der Frage nachgegangen werden, ob es möglich ist, mit Hilfe von elektrischen Feldern 3D gedruckte flüssige Polymer (=Mikrolinse) zu deformieren und anschließend auszuhärten. Dies ermöglicht eine neue Art und Weise, Mikrolinsen mit Freiformflächen zu realisieren. Dabei soll ein grundsätzliches Verständnis z.B. bzgl. des Zusammenhangs zwischen der Verteilung der elektrischen Felder und der Linsenform, sowie bzgl. der Materialeigenschaften der Polymere und der sich ergebenden Formen erarbeitet werden. Auch ist zu untersuchen, wie die optischen Eigenschaften im Zusammenhang mit der realisierbaren Form und den Materialeigenschaften stehen. Dabei geht es darum, die Thematik aus verschiedenen Blickwinkel zu untersuchen, d.h. das Wechselspiel optische Eigenschaften, 3D Druck, elektrische Felder und Materialeigenschaften experimentell und über Simulationsmodelle zu betrachten, um ein gesamtheitliches tieferes Verständnis der Thematik zu erlangen.

Es ergeben sich folgende Ziele:

Es ist der Einfluss von unterschiedlichen elektrischen Feldverteilungen (bei verschiedenen Stärken und Positionen der Elektroden) auf die Deformation der gedruckten flüssigen Polymertropfen (bei verschiedenen Materialien, Substraten und Druckvolumina) zu untersuchen. Hierbei spielen Materialparameter wie Polarisierbarkeit, Viskosität, Schrumpf oder Themen wie die Wechselwirkung zwischen Substrat und Tropfen eine wesentliche Rolle. Um diese Zusammenhänge zu erfassen und ein tieferes Verständnis zu erlangen, gilt es entsprechende Simulationsmodelle auf Matlab Basis und über ANSYS aufzubauen und dieses an Hand von Experimenten zu validieren. Die Simulationsmodelle tragen damit wesentlich zum wissenschaftlichen Mehrwert des Vorhabens bei.

Die oben genannten Untersuchungen sind dann auszuweiten. Einerseits soll eine Vorstrukturierung der Substrate erfolgen, um weitere Randbedingungen für die Tropfenbildung und Deformation zu ermöglichen. Andererseits soll durch mehrere symmetrisch angeordnete Elektroden bzw. über stehende Oberflächenwellen eine definierte symmetrische Oberflächenstruktur eingeprägt werden, wie es für viele optische Anwendungen wünschenswert wäre. Auch hier gilt es wieder, das Wechselspiel Optik, elektrische Felder und Materialwelt miteinander zu verknüpfen und gesamtheitlich zu betrachten. 

Abschließend soll als angewandtes Ziel ein Mikrolinsensystem basierend auf mehreren Linsen realisiert werden und im Detail untersucht werden. Neben der Fragestellung zur optischen Leistung des Systems treten hier auch materialwissenschaftliche Fragestellungen (Diffusion, Risse etc.) an der Grenzschicht zwischen zwei im Kontakt stehende und als Stapel zu druckende Mikrolinsen auf.

Ziel des Projektes ist es, eine für Forschergruppen zugängliche additive Fertigungsplattform mit 6 Freiheitsgraden, sowie mit in-situ Analyse- und Strukturierungseinheit zu entwickeln. Dazu wurden in der ersten Phase des Projekts die einzelnen Module der Plattform realisiert: Auf einem schwingungsgedämpften Tisch befindet sich eine Roboterkinematik, welche flexibel im Raum eine 3D-Druckeinheit (Multi-Jet Modeling) bewegen kann (Modul 1). Außerdem wurde eine Laser-Strukturierungseinheit entwickelt (Modul 2) sowie verschiedene Analyseeinheiten (Modul 3) die mittels eines zweiten Roboterarms parallel zum Druckvorgang betrieben werden können. Um eine hohe Druckauflösung zu erreichen, ist eine genaue Probenbewegung über einen Hexapod möglich. Zur Referenzierung der einzelnen Kinematiken zueinander wurde ein entsprechendes optisches Messsystem entwickelt.

Die aktuell 2. Phase des Projekts unterteilt sich in 3 Arbeitspakete. Das Ziel in AP 1 ist die Weiterentwicklung der Fertigungsplattform. Dazu gehört einerseits die Integration der einzelnen Module zu einer gesamten Plattform und andererseits die Realisierung weiterer Funktionalitäten. Das Ziel in AP 2 sind die eigenen in Zusammenhang mit der Entwicklung der Plattform stehenden Forschungsfragen. Hierzu gehören eingehende Untersuchungen zur Strukturierung von 3D gedruckten Materialien mit Hilfe des integrierten Lasersystems, weitere Untersuchungen zum double patterning Verfahren, die Analyse zur Lichtausbreitung in gedruckten Lichtwellenleitern und grundlegende Experimente zur Wechselwirkung elektrischer Felder mit gedruckten Mikrolinsen. In AP 3 soll die Forschungsplattform für erste Pilotprojekte zum Einsatz kommen, um ihre Leistungsfähigkeit zu evaluieren. Insgesamt wurden 5 Kooperationspartner aus verschiedensten Forschungsgebieten ausgewählt, mit denen gemeinsam deren Forschungsfragen bearbeitet werden sollen.

The network aims at fueling urgently needed collaborations in the field of correlated multimodal imaging
(CMI), promoting and disseminating its benefits through showcase pipelines, and paving the way for its
technological advancement and implementation as a versatile tool in biological and preclinical research. CMI
combines two or more imaging modalities to gather information about the same specimen. It creates a
composite view of the sample with multidimensional information about its macro-, meso- and microscopic
structure, dynamics, function and chemical composition. Since no single imaging technique can reveal all
these details, CMI is the only way to understand biomedical processes and diseases mechanistically and
holistically. CMI relies on the joint multidisciplinary expertise from biologists, physicists, chemists, clinicians
and computer scientists, and depends on coordinated activities and knowledge transfer between academia
and industry, and instrument developers and users. Due to its inherently multidisciplinary and crossfunctional
nature, an interdisciplinary network such as this Action is indispensable for the success of CMI.
Nevertheless, there is currently no European network in the field. Existing scattered efforts focus on
correlated light and electron microscopy or (pre)clinical hybrid imaging. This Action will consolidate these
efforts, establish commonly-accepted protocols and quality standards for existing CMI approaches, identify
and showcase novel CMI pipelines, bridge the gap between preclinical and biological imaging, and foster
correlation software through networking, workshops and open databases. The network will raise awareness
for CMI, train researchers in multimodal approaches, and work towards a scientific mindset that is
enthusiastic about interdisciplinary imaging approaches in life sciences.

Durch einen definierten Druckprozess soll das Schwingverhalten von Lautsprechermembranen optimiert werden.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines hochauflösenden additiven Fertigungssystems basierend auf der Stereolithographie (µPSL)

Ziel des Projekts ist der Ausbau der Infrastruktur des ZOTs mit einem Nanoimprint-Lithografiesystem, Coating Anlagen, Streulichtanalysesystem und Reinraumstruktur

kooperierende Unternehmen: Fa. Carl Zeiss AG

Projektlaufzeit: 08.2018 - 07.2021

Fördermittelgeber: BMBF - Programm FHProfUnt (RaFoK)

Es soll eine Roboter basierte additive Fertigung von optischen Komponenten ermöglicht werden, um bewusst Einfluss auf die Drucklagen nehmen zu können. Damit soll den aktuellen Herausforderungen des 3D Drucks von Optiken begegnet werden. Hierzu zählt zum einen die sich aufgrund der Lagenstruktur ergebende Oberflächenrauheit. Zum anderen beeinflusst die Orientierung der einzelnen Lagen wesentlich die Qualität der realisierten optischen Komponente.

kooperierende Unternehmen: Fa. Carl Zeiss AG, Fa. Eluminocity

Projektlaufzeit: 06.2017 - 05.2021

Fördermittelgeber: BMBF - Programm FH-Impuls / SmartPro 

www.smart-pro.org

In diesem Projekt soll die komplette Prozesskette der additiven Fertigung gesamtheitlich betrachtet werden, einschließlich vor- und nachgelagerter Verfahrensschritte - inklusive einer Simulation des Prozesses.

kooperierende Unternehmen: Technische Hochschule Deggendorf, Ernst-Abbe-Hochschule Jena, Technische Universität Ilmenau, Carl Zeiss Jena GmbH, Günter Effgen GmbH, ifw optronics GmbH, SCHOTT Technical Glass Solutions GmbH, Festo Didactic SE.

Projektlaufzeit: 04.2017 - 03.2021

Fördermittelgeber: BMBF -Programm Forschung an Fachhochschulen, Förderkennzeichen 13FH003IB6

Das Ziel in diesem Projekt ist, die Hochschulstandorte untereinander digital zu vernetzen. Über eine angepasste Cloud-Lösung "Plattform für Optische Technologien 4.0" können die Kompetenzen der forschungsstarken Arbeitsgruppen dann gebündelt werden, was zu einem Aufbau und einer Zusammenarbeit von ingenieurwissenschaftlichen Nachwuchsteams in einer neuen Dimension führt.

kooperierende Unternehmen: Fa. Carl Zeiss AG, Fa. Chromasens GmbH

Projektlaufzeit: geplant: 07.2017 - 06.2020

Fördermittelgeber: BW Stiftung (NeMFagO)

Das Projekt fokussiert auf Materialien und deren Prozessierung für die additive Fertigung von optischen Komponenten. Ziel ist es dabei durch entsprechende Materialkompositionen höhere Funktionalitäten in den 3D gedruckten optsichen Komponenten zu ermöglichen.

Projektlaufzeit: 04.2017 - 03.2020

Fördermittelgeber: DFG 

In diesem Projekt sollen grundlegende Untersuchungen zur additiven Fertigung durchgeführt werden. Ein wesentlicher Punkt ist dabei auch parallel zum 3D Druck eine in-situ Analyse der Bauteilparameter durchzuführen.

kooperierende Unternehmen: Technische Hochschule Deggendorf - Labor Optical Engineering, asphericon GmbH, Berliner Glas KGaA, Carl Zeiss Jena GmbH, Carl Zeiss SMT GmbH, FISBA OPTIK AG, JENOPTIK Optical Systems GmbH, Leica Camera AG, Leica Microsystems GmbH, Opteg GmbH, OptoTech Optikmaschinen GmbH, POG Präzisionsoptik Gera GmbH, Qioptiq Photonics GmbH & Co. KG, Satisloh AG

Projektlaufzeit: 01.2017 - 06.2019

Fördermittelgeber: BMWi - Programm IGF 18564 N 

Bei hochwertigen Optikflächen können Fehler im mittleren Frequenzband zwischen Formabweichung und Rauheit (Mid-Spatial Frequency Errors, MSFE) dazu führen, dass die Optiken auf Grund des resultierenden Beugungs-und Streulichtanteils nicht verwendet werden können. Ziele des Projektvorhabens EmmaV sind die systematische Beschreibung von MSFE sowie deren aktive Vermeidung. Dazu werden die Erscheinungs-formen dieser Fehler analysiert und ihre Ursachen im Fertigungs-durchlauf identifiziert. Strategien zur MSFE-Vermeidung sollen durch Fehlersimulation und Optimierung von Prozessparametern entwickelt werden. 

Kooperierendes Unternehmen: Fa. Carl Zeiss AG

Projektlaufzeit: 07.2016 - 06.2019

Fördermittelgeber: BMBF - Programm FHProfUnt (Kennzeichen  03FH002PX5)

Technologisches Ziel ist die Entwicklung eines komplett über additive Fertigung hergestellten optischen Beleuchtungssystems. D.h. Lichtquelle, mechanische Komponenten und Optik sind mit Hilfe von 3D Druckverfahren zu realisieren. Dabei sind die Mechanik und die Optik monolithisch auszuführen. Als Lichtquelle soll eine gedruckte OLED entwickelt werden. Die Machbarkeit ist mit dem Unternehmen mit je einem Demonstrator aus dem Bereich Biophotonik und aus dem industriellen Umfeld zu zeigen. Das strategische Ziel ist es, mit diesem Projekt die beiden Richtungen (Biophotonik und industrielle Optik) des Forschungsschwerpunkts Photonik der HTW Aalen miteinander zu verbinden. 

kooperierende Unternehmen: IPT, ILT, Hochschule Halmstad, Universität La Sapienza Rom, Universität Modena, Autodesk, QISAB, SIR Robotics, Gizelis Robotics, Berlin Heart, Romagnani Stampi, Formtech, Getinge Infection Control

Projektlaufzeit: 01.2015 - 12.2018

Fördermittelgeber: European Commision - Programm Horizon 2020, Grant Number 637080

In fast allen Bereichen der industriellen Fertigung werden Poliertechniken eingesetzt, aber oft ist manuelles Polieren die einzige Möglichkeit, weil die Aufgaben zu komplex sind, um automatisiert zu werden. SYMPLEXITY ist ein 4-jähriges Projekt zur Verbesserung der Zusammenarbeit von Menschen und Robotern speziell im Bereich der industriellen Politur. Das Polieren ist ein weitgehend manueller und zeitaufwendiger Vorgang, bei dem man sich bisher auf menschliche Fähigkeiten für die Oberflächenbearbeitung verließ. Ein Konsortium von Endnutzer, Universitäten, Integratoren und Polier-Experten haben sich zusammengeschlossen, um eine Lösung zu entwickeln, die Menschen von wiederholenden, arbeitsintensiven Arbeiten befreit und ihre Fähigkeiten in der Smart Factory des Unternehmens steigert. SYMPLEXITY kombiniert Robotik, Polieren und digitale Inspektion, um eine erhöhte Produktivität zu erreichen, Verletzungen durch wiederholte Belastung zu reduzieren und den menschlichen Fokus auf höherwertige Aufgaben zu verbessern. SYMPLEXITY schließt dabei die Lücke zwischen den hochautomatisierten Produktionsprozessen und dem manuellen Polieren komplexer Geometrien, indem eine sichere Umgebung für die Zusammenarbeit zwischen dem Roboter und dem menschlichen Arbeiter geschaffen wird. Um die Relevanz der vorgeschlagenen Ziele für die europäische Industrie und den praktischen Nutzen sicherzustellen, wird SYMPLEXITY stark von Endnutzern aus verschiedenen Branchen vorangetrieben; Automobil-, Medizin-, Werkzeug- und Formenbau.

Hier finden Sie ein YouTube Video zum Projekt SYMPLEXITY.

kooperierende Unternehmen: Fa. Carl Zeiss AG, Fa. AKU GmbH

Projektlaufzeit: 11.2015 - 10.2018

Fördermittelgeber: BW Stiftung (SOMS 3D)

Ziel des Projektes ist es, einen selbstoptimierenden optisch messenden Formsensor zu entwickeln, der sich sowohl durch intelligente Algorithmen als auch durch eine intelligente Hardware auszeichnet. Wesentlich sind die zu entwickelnden Algorithmen des Sensors, welche durch den Einsatz des miniaturisierten Einplatinencomputers Raspberry Pi im Sensor die softwareseitige Intelligenz des Sensors darstellen. Diese haben verschiedene Aufgaben, wie z.B. die Überprüfung der Relevanz eines Messpunktes, oder die kontinuierliche individuelle Anpassung der Signalqualität für jeden einzelnen Messpunkt, oder auch die Überprüfung der aktuell erreichten Messauflösung für jeden individuellen Messpunkt.

Des Weiteren ist das optische Messsignal mit Hilfe von additiv gefertigten Abbildungsoptiken zu realisieren. Diese sollen als reflektive Komponenten (Aluminium Reflektoren) ausgeführt und mit Hilfe des SLM Verfahrens realisiert werden. 

kooperierende Unternehmen: Fa. Carl Zeiss IMT, Fa. Carl Zeiss Vision, Fa. MicroEpsilon GmbH

Projektlaufzeit: 04.2015 - 03.2018

Fördermittelgeber: BMBF - Programm FHProfUnt (Kennzeichen  03FH048PB4)

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer neuen miniaturisierten optisch-taktilen Sensortechnologie für die Formvermessung. Der erste Kernpunkt ist dabei, additive Fertigungsverfahren („3D-Druck“) zu nutzen, um die Sensoren individuell auf verschiedene Anwendungen anzupassen (3D Druck von Kunststoffoptiken). Der 3D-Druck ermöglicht dabei die wirtschaftliche Realisierung individueller Sensorköpfe, sowie komplett neue Designansätze. Zusätzlich soll eine simultane optisch-taktile Messung möglich sein, weshalb die optischen Sensorköpfe in ein taktiles Koordinatenmessgerät integriert werden. Der zweite Kernpunkt ist, durch Nutzen von Vorwissen über die Bauteilgeometrie eine modellbasierte Mess- und Auswertestrategie zu verfolgen, um die Genauigkeit der Sensoren deutlich zu steigern. Weiterhin sind Vorgehensweisen zum Nachweis der Rückführbarkeit und Messmittelfähigkeit der individualisierten Systeme zu erarbeiten. Die Einsetzbarkeit der entwickelten Technologien soll anhand zweier Demonstratoren für unterschiedliche Leitapplikationen nachgewiesen werden. Die Hochschule (HS) Aalen ist im Projekt bzgl. des ersten Kernpunktes federführend, die HS Landshut bzgl. des zweiten.