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Erschienen in:

2021 | OriginalPaper | Buchkapitel

Konzepte für die Additive Fertigung optischer Elemente mit hochtransparenten Silikonwerkstoffen

verfasst von : Tobias Biermann, Peer-Phillip Ley, Arved Ziebehl, Jan Feldmann, Roland Lachmayer

Erschienen in: Konstruktion für die Additive Fertigung 2020

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

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Zusammenfassung

Die additive Fertigung eignet sich zur Herstellung individuell angepasster Freiform-Optiken mit hoher Gestaltkomplexität. Während additive Fertigungstechnologien für klassische Polymere seit vielen Jahren industriell verfügbar sind, befindet sich die additive Fertigung mit hochtransparenten Silikonwerkstoffen noch in der Entwicklung. Die Vorteile von Silikonen verglichen mit thermoplastischen Kunststoffen liegen in der sehr guten Widerstandsfähigkeit gegenüber höheren Umgebungstemperaturen, sowie UV- und Umwelteinflüssen.

Durch die Analyse existierender Fertigungsverfahren für Silikonwerkstoffe wird gezeigt, dass die für die Herstellung von optischen Elementen benötigte Formgenauigkeit und Oberflächenqualität eine Herausforderung darstellt. Mit derzeit verwendeten Werkstoffen kann kein hinreichender Transmissionsgrad erreicht werden. Weiterhin müssen die Bauteile eine hinreichende Homogenität aufweisen, um unerwünschte optische Effekte, wie Streuung, Reflexionen und Interferenzen auszuschließen.

Um die Herausforderungen existierender Verfahren bezüglich der Herstellung optischer Elemente zu überwinden, werden in diesem Beitrag technische Lösungen erarbeitet und methodisch gegenübergestellt. Anhand dieser Lösungen wird im Anschluss ein Verfahrenskonzept zur additiven Fertigung hochtransparenter, optischer Elemente aus Silikonwerkstoffen beschrieben.

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Leuteritz, G., Lippert, R.B., Rettschlag, K., Lachmayer, R.: Comparison of additive manufacturing techniques regarding mechanical and optical properties. DGaO-Proceedings (2018). https://doi.org/10.15488/4421

Grabe, T., Li, Y., Krauss, H., Wolf, A., Wu, J., Yao, C., Wang, Q., Lachmayer, R., Ren, W.: Freeform optics design for Raman spectroscopy; Proceedings Vol 11287, Photonic Instrumentation Engineering VII (2020). https://doi.org/10.1117/12.2544708

Lippert, R.B., Lachmayer, R.: Additive Manufacturing Quantifiziert: Visionäre Anwendungen und Stand der Technik Einleitung. Springer Vieweg (2017). https://doi.org/10.1007/978-3-662-54113-5_1CrossRef

Lipper, R.B., Lachmayer, R.: Entwicklungsmethodik für die Additive Fertigung: Grundlagen. Springer Vieweg (2020). https://doi.org/10.1007/978-3-662-59789-7CrossRef

Leuteritz, G., Lachmayer, R.: Additive manufacturing of reflective optics: evaluating finishing methods; Proceedings of Spie Vol. 10523 (2018). https://doi.org/10.1117/12.2289998

Kloppenburg, G., Wolf, A., Lachmayer, R.: Additive Manufacturing of Optical Components; SPIE Newsroom (2014). https://doi.org/10.1117/2.1201511.006233

Ackermann, J., Damrath, V.: Chemie und Technologie der Silicone II – Herstellung und Verwendung von Siliconpolymeren. Chemie in unserer Zeit. 23(3), 86–99 (1989). https://doi.org/10.1002/ciuz.19890230304

Tae, J.-S., Yim, K.-G.: Characterization of curing behavior of UV-curable LSR for LED embedded injection mold. Korea Australia Rheol. J. 28, 247–253 (2016). https://doi.org/10.1007/s13367-016-0026-3CrossRef

Biermann, T., Grabe, T., Ley, P.-P, Hüchting, J., Lachmayer, R.: Potentials and challenges of additive manufacturing using highly transparent silicone materials; DGaO-Proceedings (2020). ISSN: 1614-8436

10.

Maffli, L., Rosset, S., Ghilardi, M., Carpi, F., Shea, H.: Ultrafast all-polymer electrically tunable silicone lenses. Adv. Funct. Mater. 25(11), 1656–1665 (2015). https://doi.org/10.1002/adfm.201403942CrossRef

11.

Schneider, F., Draheim, J., Kamberger, R., Wallrabe, U.: Process and material propterties of polydimethylsiloxane (PDMS) for Optical MEMS. Elsevier Sens. Actuators A Phys. 151 (2009). https://doi.org/10.1016/j.sna.2009.01.026

12.

Liravi, F., Toyserkani, E.: Additive manufacturing of silicone structures: a review and prospective. Elsevier Addit. Manuf. 24, 232–242 (2018). https://doi.org/10.1016/j.addma.2018.10.002CrossRef

13.

Duoss, E.B., et al.: Three-dimensional printing of elastomeric, cellular architectures with negative stiffness. Adv. Funct. Mater. 24, 4905–4913 (2014). https://doi.org/10.1002/adfm.201400451CrossRef

14.

Liravi, F., Toyserkani, E.: A hybrid additive manufacturing mathod for the fabrication of silicone bio-structures: 3D printing optimization and surface characterization. Elsevier Mater. Des. 138, 46–61 (2017). https://doi.org/10.1016/j.matdes2017.10.051CrossRef

15.

Stieghorst, J., Majaura, D., Wevering, H., Doll, T.: Toward 3D printing of medical implants: reduced lateral droplet spreading of silicone rubber under intense IR curing. Appl. Mater. Interfaces. (2016). https://doi.org/10.1021/acsami.5b12728

16.

Plott, J., Shih, A.: The extrusion-based additive manufacturing of moisture-cured silicone elastomer with minimal void for pneumatic actuators. Elsevier Addit Manuf. 17, 1–14 (2017). https://doi.org/10.1016/j.addma.2017.06.009CrossRef

17.

Reitelshofer, S., et al.: Aerosol-jet-printing silicone layers and electrodes for stacked dielectric elastomer actuators in one processing device; Proceeding of SPIE (2016). https://doi.org/10.1117/12.2219226

18.

Obata, K., et al.: Hybrid 2D patterning using UV laser direct writing and aerosol jet printing of UV curable polydimethylsiloxane. Appl. Phys Lett. 111, 121903 (2017). https://doi.org/10.1063/1.4996547CrossRef

19.

McCoul, D., Rosset, S., Schlatter, S., Shea, H.: Inkjet 3D printing of UV and thermal cure silicone elastomers for dielectric elastomer actuators. Smart Mater. Struct. 26 (2017). https://doi.org/10.1088/1361-665X/aa9695

20.

Kim, D.S., Thompson, S., Grunlan, M., Tai, B.L.: Optimization of low one-photon polymerization for hydrostatic 3D printing of silicone materials; Solid Freefrom Fabrication 27th Proceedings. Austin, Texas (2016)

21.

Femmer, T., Kuehne, A.J.C., Wessling, M.: Print your own membrane: direct rapid pototyping of polydimethylsiloxane. Lab Chip. 14, 2610 (2014). https://doi.org/10.1039/c4lc00320aCrossRef

22.

Hinton, T.J., Hudson, A., Pusch, K., Lee, A., Feinberg, A.W.: 3D printing PDMS elastomer in a hydrophilic support bath via freeform reversible embedding. ACS Biomate. Sci. Eng. (2016). https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.6b00170

23.

O’Bryan, C.S., Bhattacharjee, T., et al.: Self-assembled micro-organogels for 3D printing silicone structures. Sci. Adv. 3, e1602800 (2017). https://doi.org/10.1126/sciadv.1602800CrossRef

24.

DIN ISO 10110-11:2016-12, Optik und Photonik – Erstellung von Zeichnungen für optische Elemente und Systeme – Teil 11

25.

ISO 12123:2018-12, Optik und Photonik – Spezifikation von optischem Rohglas

26.

Grabe, T., Lachmayer, R., et al.: Analysis of the anisotropic characteristics of 3D-printed optical components; DGaO-Proceedings (2020). ISSN: 1614-8436

27.

Ezair, B., Fuhrmann, S., Elber, G.: Volumetric covering print-paths for additive manufacturing of 3D models. Comput. Aided. Des. 100, 1–13 (2018). https://doi.org/10.1016/j.cad.2018.02.006MathSciNetCrossRef

Titel: Konzepte für die Additive Fertigung optischer Elemente mit hochtransparenten Silikonwerkstoffen
verfasst von: Tobias Biermann
Peer-Phillip Ley
Arved Ziebehl
Jan Feldmann
Roland Lachmayer
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Buch: Konstruktion für die Additive Fertigung 2020
Print ISBN: 978-3-662-63029-7

Electronic ISBN: 978-3-662-63030-3

Copyright-Jahr: 2021
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-63030-3_11

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