PF:Linsen drucken
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Linsen oder optische Bauteile mit dem 3D Drucker zu drucken kann eine kostengünstige Möglichkeit darstellen, optische Komponenten mit individuellen Eigenschaften herzustellen. Im diesem Artikel wird eine erste Erfahrung geteilt, welche Schritte sich als nützlich erwiesen haben. Es gibt Versuche, Linsen mit einem FDM-Drucker zu drucken. Für diese Versuche wurde ein Harzdrucker verwendet, um eine möglichst homogene Ausfüllung zu erhalten.
Arbeitsschritte
Design der Linse
Im ersten Schritt steht das Linsendesign. Da die optischen Eigenschaften des Epoxidharzes nicht bekannt waren und es sich um eine reine Machbarkeitsstudie mit den vorhandenen Werkzeugen handelt, wurde an dieser Stelle auch auf eine Berechnung der Linsenparameter verzichtet. Als Grunddesign wurde eine plankonvexe, asphärische Linse umgesetzt. Plankonvex, da später im Drucker ohne Support oder Raft gedruckt werden kann. Mit der planen Seite auf dem Druckbett werden die Stärken des Druckers optimal ausgenutzt. Ashpärische Linsen haben verglichen mit sphärischen Linsen weniger Linsenfehler, sind aber in der Herstellung aufwendiger. Sowohl die Formgestaltung als auch das Schleifen bedarf mehr Zeit, wobei die Formgestaltung durch das 3D-Drucken keine Rolle spielt, das der Drucker weitestgehend beliebige Formen gleich zuverlässig drucken kann.
Das Design bestand aus den folgenden Schritten:
- Skizze des halben Aufschnitts der Linse erstellen.
- Die ausgewählte Skizze um die z-Achse drehen. Das daraus entstandene Volumen bildet den Linsenkörper.
- Das 3D-Objekt als STL-Datei exportieren.
3D Drucken
Als Drucker kam der Anycubic Photon M3 zum Einsatz. Der Slicer war Photon Workshop.
Weitere Parameter:
- Als Harz wurde das "Basic Resin" von 3D-basics.com verwendet.
- Schichthöhe: 0,025 mm
- Belichtungszeit: 8,0 s
Nach dem Druck wurden die Linsen noch gereinigt und nachgehärtet. Eine weitere mögliche Bearbeitungsvariante wäre das Eintauchen der Linsen in Harz, um eine glatte, spiegelnde Oberfläche zu erhalten.
Schleifen
Die Linsen können nun geschliffen werden. Zum Einsatz kommen verschiedene Nasschleifpapiere von einer Feinheit von 800 bis 10 000. Begonnen wird natürlich mit dem groben Schleifpapier, bis sich der Widerstand beim Schleifen reduziert, oder die Finger müde werden. Um die Rundungen gleichmäßig zu schleifen, sollte wenig Druck ausgeübt werden sowie eine weiche Unterlage unter das Schleifpapier wie ein Mauspad oder ein Handtuch untergelegt werden.
Politur
Für das letzte Finish müssen die Linsen poliert werden. Hierfür kann Zahnpasta oder eine Polierpaste verwendet werden. Benötigt wird hierfür ein Poliertuch, eine Polierpaste der Wahl und die Linsen. Nach dem Einreiben der Linsen mit der Paste, müssen die Linse mit Wasser abgewaschen werden. Wenn alle Schritte sorgfältig durchgeführt wurden, erhält man so eine spiegelnde Oberfläche. Matte, milchige Bereiche oder Beugungsmuster, die durch die einzelnen Druckschichten entstanden sind, deuten darauf hin, dass die Oberfläche noch nicht glatt genug ist. Je nach Ausprägung müssen die Schleifschritte entsprechend wiederholt werden. Man endet immer mit dem feinsten Schleifpapier. Nach dem Schleifen kommt immer die Politur, egal ob zuvor bereits poliert wurde oder nicht.
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Universität Stuttgart, 5. Physikalisches Institut, AG Physik und ihre Didaktik, lizenziert unter CC BY-NC-SA 4.0