Atmosphärendruck-Plasmajetverfahren werden mittels reaktivem Materialabtrag zur Formgebung und Korrektur optischer Freiformflächen eingesetzt. Bei der Plasmajet-Politur wird Material hingegen thermisch umverteilt, was zu einer Verringerung der Oberflächenrauheit, vor allem bei hohen Ortsfrequenzen, führt und somit das mechanisch-abrasive Polieren potenziell ersetzen kann. Die derzeitige Forschung zielt auf die Vorhersage der Oberflächenmorphologie und -rauheit durch Analyse der Ausgangsoberfläche und der lokalen Wirkung des Plasmajets ab.
Neueste Untersuchungen von Wissenschaftler*innen des Forschungsbereichs „Ultra-Präzisionsoberflächen“ / „Ionenstrahl- und plasmajetgestützte Ultrapräzisionsformgebung“ konnten nun einen Weg zur Vorhersage der Oberflächenmorphologie des thermisch induzierten Plasmajet-Polierprozesses aufzeigen. Die mathematische Beschreibung des lokalen Poliereffekts bildet dabei die Grundlage für die theoretische Betrachtung des flächigen Polierprozesses. Dazu wurde die Topographie geläppter und geschliffener Quarzglasproben gemessen, um die Polierwirkung auch unter Berücksichtigung der Verringerung von Werkzeugspuren aus Vorbearbeitungsprozessen vorherzusagen. Die gewonnenen Ergebnisse wurden mit experimentellen Ergebnissen verglichen, um die Verbindung zwischen simulativer Prozessanalyse und praktischer Anwendung in der Optikfertigung herzustellen.
Die Herausforderungen bei der Herstellung optischer Komponenten liegen in der Kombination mehrerer Prozessschritte mit der Vielfalt der Geometrien bis hin zu Freiformdesigns. Durch die Simulation und Auswertung der Polierergebnisse können die Schritte zur Formgebung besser auf die anschließende Plasmajet-Politur abgestimmt werden, d.h. Definition geeigneter Vorbearbeitungsbedingungen für z.B. Schleifen oder Lasermikrobearbeitung, um die gesamte Prozesskette zeit- und kosteneffizient zu gestalten.
Die für die Untersuchungen verwendeten geläppten und geschliffenen Quarzglasproben wurden von den Projektpartnern an der Ernst-Abbe-Hochschule in Jena hergestellt. Diese Arbeiten wurden mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des VIP+ Programms (Nr. 03VP08631) "Validierung einer neuen Prozesskette zur Fertigung von Freiformoptiken durch Plasmapolitur ultrafeinstgeschliffener Freiformflächen (ProFreiform)" gefördert.
Die Ergebnisse der Untersuchungen wurden im Journal of the European Optical Society-Rapid Publications veröffentlicht. Weitere Informationen zum Artikel:
H. Müller, T. Arnold
Surface morphology in plasma jet polishing: theoretical description and application
J. Eur. Opt. Society-Rapid Publ. 19 (2) 2023
https://doi.org/10.1051/jeos/2023034