Additiv hergestellte optische Komponenten an der TH OWL. Bildnachweis: TH OWL.
Ein Sensor, der Optik und Terahertz (THz) verbindet und aus dem 3D-Drucker kommt – das ist das Ziel eines innovativen Projekts der Technischen Hochschule Ostwestfalen-Lippe (TH OWL) und der Technischen Universität Darmstadt (TU Darmstadt). Das Fachgebiet Optical Engineering der TH OWL und das Fachgebiet Terahertz Bauelemente und Terahertz Systeme (TSYS) der TU Darmstadt erforschen und entwickeln Lösungen, um multi-spektrale Sensorsysteme unter Verwendung von Licht im Nahinfrarotbereich (NIR) und THz zu kombinieren und additiv herzustellen – also per 3D-Druck.
Damit würden zwei in zahlreichen Industrien verwendete Technologien in einem Sensor verbunden, der zusätzlich überaus kosteneffizient hergestellt werden könnte. Das Forschungsprojekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) über drei Jahre mit zwei Promotionsstellen und entsprechenden Sachmitteln gefördert.
Elektronik, Autos, Optik – in den vergangenen Jahrzehnten hat der 3D-Druck die traditionellen Fertigungsverfahren maßgeblich erweitert. Gerade in der Herstellung von Einzelstücken und Prototypen hat die Additive Fertigung die klassische Produktion größtenteils ersetzt. Das nun gestartete Forschungsprojekt „AMUSE“ der beiden Projektpartner zielt darauf ab, kostengünstige, wiederverwendbare multispektrale Sensorelemente bspw. für Anwendungen in der Spektroskopie und den Biowissenschaften herzustellen. Dieser ko-integrierte Sensor wird spektroskopische Daten im NIR- und THz-Bereich des elektromagnetischen Spektrums aufnehmen und dabei nur ein optisches System verwenden.
„Das Projekt ‚AMUSE‘ gibt uns die Chance, unsere umfangreichen Erfahrungen zusammenzubringen und so die Kompetenzen zur Herstellung und Entwicklung neuartiger Sensorsysteme und der Additiven Fertigung zu stärken“, so Prof. Dr. Oliver Stübbe von der TH OWL. Beide Forschungseinrichtungen haben sich zum Ziel gesetzt, ein einzigartiges und innovatives multispektrales Sensorsystem für den Einsatz in der Spektroskopie und den Life Science Technologien herzustellen. Das Fachgebiet Optical Engineering der TH OWL übernimmt schwerpunktmäßig die Optik und die Additive Fertigung, während sich das TSYS der TU Darmstadt mit der THz-Sensorentwicklung befasst.
Bisher ist die 3D-Herstellung und die Untersuchung des multispektralen Sensorsystems basiert auf diesen beiden Technologien (NIR und THz) nicht möglich, unter anderem, weil bisher kein 3D-druckbares Material bekannt ist, das als Trägersystem für die unterschiedlichen Sensoren der beiden Technologien eingesetzt werden kann. Das soll sich nun ändern: Im Projekt werden zunächst verschiedene NIR und THz kompatible Materialen auf ihre Eignung getestet und anschließend entsprechenden Sensoren additiv hergestellt.
Das gedruckte Sensorsystem ist dann eine kostengünstige Alternative bspw. für die genaue Untersuchung von organischen und anorganischen Stoffen. Wenn das klappt, können Stoffe z.B. Lebensmitteln zukünftig mit einfach wiederverwendbaren Sensorelementen schneller und günstiger analysiert werden.
Neben der klassischen optischen Übertragungstechnik und Sensorik hat das Fachgebiet Optical Engineering der TH OWL in den vergangenen Jahren zunehmend den 3D-Druck im Bereich der optischen Komponenten erforscht. Hierfür hat das Team um Professor Oliver Stübbe bereits optische Wellenleiter und optische Linsen additiv hergestellt. Dazu gehören insbesondere der Entwurf und die additive Fertigung von Fresnel-Linsen.
„Für ein Forschungsprojekt im Bereich der Freiraumdatenübertragung haben wir neben klassischen Linsen auch spezielle designte Fresnel-Linsen für eine optimale Strahldivergenz gedruckt“, so Prof. Stübbe. In Zusammenarbeit mit dem Team um Prof. Dr. Sascha Preu (TSYS, TU-Darmstadt) wurden bereits 3D-Objekte hergestellt und analysiert, die im Spektralbereich von THz-Wellen eine geringe Dämpfung aufweisen. „Darauf werden wir aufbauen“, so Prof. Stübbe weiter.
