Entwicklung magnetischer Aktuierungskonzepte für 3D-gedruckte Mikrooptiken

• Antragsteller: Professor Dr. Alois Herkommer
• Fachliche Zuordnung: Mikrosysteme ; Messsysteme
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 461765984

Extrem miniaturisierte optische Systeme und Sonden bieten ein vielfältiges Anwendungspotenzial, speziell für die technische und medizinische Endoskopie, sowie im Bereich der optischen Sensorik. Die Systeme sollen dabei idealerweise dieselbe Funktionalität wie ihre makroskopischen Pendants aufweisen, einerseits im Hinblick auf die optische Leistungsfähigkeit, andererseits werden mechanische Funktionen gefordert, bei denen einzelne Komponenten bewegt werden sollen. Die Herausforderung besteht jedoch in der technischen Umsetzung solcher Funktionen in der Mikrowelt, speziell im Durchmesserbereich unterhalb von 0.5mm. Das relativ junge Forschungsfeld des 3D-Drucks von Polymer-Mikrooptiken mittels Zwei-Photonen-Lithographie erweist sich hier gegenüber dem Stand der Technik als vorteilhaft, da komplexe optische und mechanische Funktionalitäten direkt in ein monolithisches Gesamtdesign implementiert werden können und so eine Assemblierung entfällt. Grundidee und Ziel des Antrags ist es, durch Einbringen magnetischer Flüssigkeiten in die 3D-gedruckten Strukturen, mithilfe externer Magnetfelder sehr kleine aktuierbare optische Systeme zu realisieren. In Anbetracht der medizintechnischen Relevanz, soll sich das Projekt zunächst insbesondere auf den Endoskopie-Bereich konzentrieren, Anwendungen sind jedoch auch im Bereich der technischen Sensorik vorhanden. Zur Demonstration der Machbarkeit sollen im vorgeschlagenen Projekt aktuierbare komplexe Abbildungsoptiken inklusive Mechanik direkt auf bildleitende Multikernfasern gedruckt, mit magnetischer Flüssigkeit befüllt und entweder mithilfe externer Magnetfelder oder durch um die Faser gewundene Mikrospulen bewegt werden. Um die aktive Funktionalität auf kleinster Skala zu demonstrieren, ist ein Gesamtdurchmesser des Systems von <0.5mm angestrebt, verbunden mit einer maximalen Auslenkung von 50 -150 µm und einer Positioniergenauigkeit <2 µm. Dadurch sollen translatorische und rotatorische Bewegungen ermöglicht werden, die später die Umsetzung von Autofokus-, Zoom- und Schwenksystemen erlauben. Die Besonderheit des vorgeschlagene Verfahren ist die Herstellung des kompletten aktuierten opto-mechanischen Systems in nur 2-3 Herstellungsschritten. Der zugrundeliegende 3D-Druck erlaubt dabei sowohl die optische Funktionalität (Druck von Asphären und Freiformflächen), als auch die mechanische Funktionalität individuell zu gestalten und perfekt auf die jeweilige Anwendung anzupassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen