AerosolJet Druck von Lichtwellenleitern

Die additive Herstellung lichtleitender Strukturen im Aerosol Jet Druckverfahren (Abbildung 1) ist Kern dieses Teilprojekts. In Zusammenarbeit mit den wird eine Prozesstechnik für den Aerosol-Druck zu erarbeitet, die es erlaubt, auf optischen transparenten Polymeren mittels UV-härtenden Polymerklebstoffen Lichtwellenleiter zu erzeugen. Schwerpunkte der Arbeiten liegen in der Erforschung der Beziehungen zwischen verschiedenen Kunst- und Klebstoffen in Verbindung mit den jeweiligen Prozessparametern und deren Auswirkungen auf die Qualität der lichtleitenden Strukturen mit dem Ziel eine neue optische Aufbau- und Verbindungstechnik zu qualifizieren, die sogleich auf dreidimensionalen Strukturen sowohl zur Signalübertragung als auch zur optischen Kontaktierung anwendbar ist. Die Wahl geeigneter Kunststoff-Klebstoff-Kombinationen auf Basis von mechanischen, thermischen und optischen Eigenschaften stellt die Grundlage des produktionstechnischen Verfahrens dar. Anhand dieser Materialkombinationen sollen die optimalen Prozessparameter der Aerosol-Anlage in Folge experimenteller Versuchspläne erörtert werden. Dabei steht die Qualität, definiert durch optimiertes Aspektverhältnis, geringe Randwelligkeit und geringen Overspray der polymeren Lichtwellenleiter als primäres Forschungsziel voran. Der Einsatz des Aerosol-Verfahrens zur Herstellung optischer Lichtwellenleiter mit angemessenen Dämpfungswerten unterliegt vielfältigen Einflüssen. Sowohl die angesprochenen Materialkombinationen als auch das prozesstechnische Zusammenspiel von Aerosolerzeugung, Absaugung, Fokussierung und Abstand zwischen Düse und Substrat spielen dabei eine Rolle.

Abbildung 1: Prinzipdarstellung Aerosol-Jet Printing

Im industriellen Umfeld existieren bereits diverse Herstellungsverfahren, von denen die Wichtigsten in Abbildung 2 schematisch dargestellt sind. Zwei weitere in der Forschung befindliche Verfahren sind das Flexodruckverfahren und die sogenannte Mosquito Methode.

Abbildung 2: Überblick über derzeit im Einsatz befindliche Herstellungsverfahren zur Erzeugung von polymeren Lichtwellenleitern

All diese Verfahren haben jedoch (mit Ausnahme des Inkjet-Drucks) den prinzipiellen Nachteil der fehlenden 3D-Fähigkeit welche zukünftig in den Fokus der Forschungen Rücken soll. Da auf dem Gebiet der additiven Herstellung von Lichtwellenleitern weltweit nur geringe Aktivität zu verzeichnen ist, wird dieser Thematik zudem hohe forschungsseitige Relevanz beigemessen.

Aktuell liegt der Fokus der Forschungsarbeiten auf der reproduzierbaren Herstellung fehlerfreier polymerer optischer Wellenleiter (POW). Damit verbunden ist ein tiefgehendes Verständnis für die wirkenden physikalischen und chemischen Wechselwirkungen zwischen Substrat, Konditionierung und Kern. Umwelteinflüsse wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und  UV-Strahlung sind weitere Faktoren welche direkten Einfluss auf die Prozessführung haben und eingeordnet werden müssen.

Abbildung 3 zeigt eine REM Aufnahme, eines kurzen Abschnitts, eines im Aerosol Jet Verfahren hergestellten POW, auf PMMA-Folie, mit einer 500 µm breiten Konditionierung. Die Höhe des etwa 200 µm breiten POWs liegt dabei bei circa 50 µm. Besonders Hervorzuheben sind die hohe Oberflächengüte und die geringe Randwelligkeit. Die Stirnflächenpräparation erfolgt durch definiertes Abknicken der Folie auf die jeweils gewünschte Länge. Hierdurch entstehen Stirnflächen mit ausgesprochen hoher Güte, welche durch polieren kaum zu erreichen sind und zusätzlich Zeit und Ressourcen schonen.

Abbildung 3: REM-Aufnahme eines gedruckten POW

Medien:

Aerosoljet Druck

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