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Laser aus dem 3D-Drucker: Die Zukunft der Optikfertigung beginnt in Niedersachsen

Am 19. November 2019 in Hannover präsentierte Niedersachsen ADDITIV „GROTESK – Die Zukunft der Optikfertigung“. Dabei stellten die vier Partner im Innovationsverbund „GROTESK – Generative Fertigung optischer, thermaler und struktureller Komponenten“ Forschungsansätze vor, mit denen sich optische Systeme zukünftig vollkommen anders herstellen lassen.

Optische Systeme bauen mittels 3D-Druck – das ist das Ziel des Teams von der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover (LUH), vom Clausthaler Zentrum für Materialtechnik (CZM), der Hochschule Hannover (HsH) und vom Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH). „Von den Verbundpartnern im Projekt GROTESK erfahren wir heute, welche Anwendungen dieses spannende Forschungsfeld ermöglichen kann“, begrüßte Dr.-Ing. Stefan Kaierle, Projektleiter von Niedersachsen ADDITIV geschäftsführender Vorstand am LZH die etwa 80 Gäste.

Anschließend stellte der stellvertretende Projektleiter, Dr.-Ing. Gerrit Hohenhoff, Niedersachsen ADDITIV vor, das neben Forschung, Entwicklung und Beratung für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) auch ein breites Veranstaltungsprogramm anbietet.

Die Digitalisierung fordert die Optikfertigung heraus

„Innovation funktioniert nur über Köpfe. Ich freue mich sehr, hier heute auch viele junge Gäste zu sehen“, zeigte sich der Verbundkoordinator Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer (LUH) erfreut. GROTESK erforscht, wie sich optische Systeme digital konstruieren und mittels Additiver Fertigung in reale Baugruppen umwandeln lassen. Innere Strukturen zur verbesserten Kühlung eines Lasers können die Forscherinnen und Forscher bereits drucken. Mit einem digitalen Zwilling simuliert das Team an der LUH die thermomechanischen Eigenschaften eines 3D-Bauteils und kann den Fertigungsprozess so im Vorfeld modellieren. Effizientere Kühlsysteme ermöglichen höhere Ausgangsleistungen ohne thermische Einbußen – eine Grundvoraussetzung für leistungsstärkere Lasersysteme.

Knackpunkt Werkstoffeigenschaften

„Wir müssen Werkstoffe klug auswählen und Eigenschaften wie etwa den Schmelzpunkt und die Oberflächeneigenschaften gezielt einstellen“, betonte Prof. Dr.-Ing. Volker Wesling (CZM). Besonderes Augenmerk legt das CZM auf die Anbindung beim direkten Andruck eines Werkstoffs an eine Optik und die dabei entstehenden thermischen Einflüsse. Durch die hohe thermische Belastung in diesem Prozess kann es zu erhöhten Spannungen kommen, die mitunter zum Bruch der Optik führen. Mit angepassten Werkstoffsystemen lässt sich dies jedoch verhindern.

Flexible und praxistaugliche Maschinenkonzepte

Optische Systeme bestehen häufig aus verschiedenen Werkstoffarten. „Wir drucken Metall, Glas und Polymere und möchten die Materialien mit wenig Aufwand wechseln können“, erklärte Prof. Dr.-Ing. Henning Ahlers (HsH) die Herausforderung an die Systemtechnik. Die Lösung: Ein Koaxialkopf zum Laserauftragschweißen, bei dem der Laserstrahl geteilt und später wieder zusammengeführt wird. So lässt sich das Bauteil richtungsunabhängig bearbeiten und die verschiedenen Materialien können flexibel und automatisiert zugeführt werden.

Laser aus dem 3D-Drucker

„Noch sind wir weit entfernt von der automatisierten Laserherstellung. Aber die heute vorgestellten Konzepte tragen wesentlich dazu bei, dass wir viele Systeme zukünftig automatisiert fertigen können“, stellte Dr. Dietmar Kracht vom LZH in Aussicht. Optiken spannungsfrei direkt in ein Medium eindrucken kann das LZH-Team bereits. Dieser Vorgang lässt sich automatisieren und so ein manueller Schritt bei der Laserassemblierung einsparen. In Zukunft will GROTESK ganze Lasersysteme digital konstruieren und ausdrucken.

In den Pausen konnten sich die Gäste im Showroom anhand von Videos und Bauteilen über die Forschungsarbeiten und erste Ergebnisse von GROTESK informieren und in Fachgesprächen neue Kontakte knüpfen.

Impressionen

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Niedersachsen ADDITIV präsentiert „GROTESK – Die Zukunft der Optikfertigung. (Foto: LZH)

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Etwa 80 Gäste besuchten die Veranstaltung auf dem hannoverschen Messegelände. (Foto: LZH)

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Dr.-Ing. Stefan Kaierle eröffnet die Veranstaltung. (Foto: LZH)

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Der Verbundkoordinator, Prof. Dr.-Ing. Roland Lachmayer, stellt das Projekt GROTESK vor. (Foto: LZH)

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Prof. Dr.-Ing. Volker Wesling berichtet über neue Werkstoffe für die Additive Fertigung. (Foto: LZH)

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Prof. Dr.-Ing. Henning Ahlers stellt flexible und praxistaugliche Maschinenkonzepte vor. (Foto: LZH)

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Im Showroom von Niedersachsen ADDITIV konnten die Gäste Fachgespräche führen und Kontakte knüpfen. (Foto: LZH)

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Additiv gefertigte Optiken und optomechanische Baugruppen. (Foto: LZH)

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Niedersachsen ADDITIV und die Projektpartner. (Foto: LZH)

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GROTESK und Niedersachsen ADDITIV. (Foto: LZH)

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Das GROTESK-Projektteam. (Foto: LZH)

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Eine spannungsfrei eingedruckte Optik. (Foto: LZH)