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Projektlaufzeit: 09.2020 - 08.2023
Fördermittelgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft / DFG
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.
