Schlagwort: Optomechanik

Slavik Marinovski, technischer Lösungsingenieur bei Machinix, spricht mit Roger Senden von RSP Technology über die von ihnen produzierten Aluminium-Superlegierungen und deren Verwendung in der Präzisionsgeräteherstellung, einschließlich:

• Wie es hergestellt wird
• Ihre Verwendung in der Halbleiterindustrie und anderen Präzisionsgeräteindustrien
• Slaviks Erfahrung bei der Bearbeitung
• Werkzeugverschleiß und Kosteneffekte

Q&A

Wann wird ein Material mit geringer Wärmeausdehnung benötigt?

Wärmeausdehnung ist die Tendenz von Materie, sich in Länge oder Volumen zu vergrößern, wodurch sich ihre Größe und Dichte als Reaktion auf eine Erhöhung oder Verringerung der Temperatur ändert.

Legierungen mit geringer Wärmeausdehnung sind unerlässlich in Anwendungen, die eine hohe Dimensionsstabilität bei Temperaturänderungen erfordern, um die Stabilität eines Teils oder Systems zu erreichen, potenzielle Spannungen oder Schäden zu reduzieren, sodass Temperaturschwankungen für eine konsistente Leistung von geringer Bedeutung sind.

Was ist RSP-Technologie?

RSP Technology produziert und entwickelt Aluminium-Superlegierungen.

Das Unternehmen ist auf die Herstellung und Entwicklung von Aluminium-Superlegierungen mithilfe einer ultraschnellen Kühltechnologie spezialisiert, die flüssiges Metall mit über 1.000.000 ºC pro Sekunde verfestigt. Dieser Prozess erzeugt superstarke Legierungen mit einer feinen, homogenen Mikrostruktur. Ihre Schmelzspinnmethode führt zu einzigartigen Materialien, die sich ideal für High-End-Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt, Optik, Präzisionsgeräte, Rennsport, Elektronik, Medizin und Automobilindustrie eignen. Das Rapid Solidification Process (RSP) ermöglicht umfangreiche Legierungsmöglichkeiten und effiziente Produktionszyklen.

RSA443 vs. AL 6061 vs. SS 304

Welche Branchen können von der Verwendung von RSP-Legierungen profitieren?

In den unten genannten Branchen benötigen mehrere Systeme Legierungen mit geringer Wärmeausdehnung, um eine hohe Leistung und Zuverlässigkeit aufrechtzuerhalten:

1. Halbleiterindustrie: In der Halbleitermetrologie profitieren Komponenten wie Grundplatten, Rahmen, Tische, optische Halterungen und Tastarme von Materialien mit niedrigem CTE, hoher Steifigkeit und geringem Gewicht, die Stabilität, Präzision und minimale thermische Drift gewährleisten. Sie können von reduzierten Vibrationen profitieren und eine schnelle, präzise Positionierung in kritischen Messwerkzeugen unterstützen. Diese Eigenschaften sind unerlässlich, um Fehler durch Wärmeausdehnung zu minimieren und eine konsistente Leistung unter verschiedenen Bedingungen zu gewährleisten.
   
2. Medizinische Geräte: MRT-Geräte, CT-Scanner und hochpräzise chirurgische Instrumente. Diese Systeme sind auf Materialien mit geringer Wärmeausdehnung angewiesen, um Verformungen zu vermeiden und die Genauigkeit bei Temperaturschwankungen aufrechtzuerhalten.
   
3. Luft- und Raumfahrt: Satellitenkomponenten, Spiegel und Trägerstrukturen für Teleskope.
   
4. Präzisionsinstrumente: Teleskopmontierungen, Präzisionsmessgeräte und hochgenaue Waagen.
   
5. Feinbewegungssysteme: Diese Systeme, wie sie in der Robotik und der automatisierten Fertigung eingesetzt werden, benötigen Materialien, die ihre Abmessungen unter verschiedenen Temperaturen beibehalten, um eine genaue Bewegung und Positionierung zu gewährleisten.
   
6. Laser: Optische Komponenten in Lasersystemen, wie Spiegel und Linsen, müssen ihre präzisen Formen beibehalten, um die Strahlqualität und den Fokus aufrechtzuerhalten. Jede Wärmeausdehnung könnte zu Fehlausrichtungen und einer verminderten Leistung führen, was sich auf Aufgaben wie Schneiden, Gravieren oder Kommunikation auswirkt.

Gibt es Einschränkungen hinsichtlich der Materialformverfügbarkeit?

• RSP-Legierungen können in den folgenden Standardabmessungen hergestellt werden:
• Stäbe: Durchmesser 18, 22, 26, 35, 45, 60, 65, 85, 105 mm
• Knüppel: Durchmesser 165, 200, 290, 360, 420, 500, 600, 800, 1.000 mm
• Sonderanfertigungen (endkonturnahe) Schmiedeteile und rechteckige Blöcke
• Jede andere Größe kann in runder, rechteckiger oder jeder anderen Form bis zu ca. 1000 mm (39,37″) kundenspezifisch angefertigt werden

Welche verschiedenen Legierungen werden von RSP hergestellt?

Dies sind einige der von RSP hergestellten Legierungen, ihre Eigenschaften und Anwendungsfälle:

1. RSA-443 (Al Si40): Diese Legierung bietet eine hohe dynamische und thermische Stabilität (hohe Leitfähigkeit, geringe Ausdehnung) und eine hohe Dämpfung. Ihre feine Mikrostruktur macht sie ideal für Präzisionsgeräte und diamantbearbeitete/polierte Spiegel.
   
2. RSA-461 und RSA-611: Diese Legierungen besitzen eine hohe Festigkeit bei hohen Temperaturen, wodurch sie sich für Kolbenanwendungen eignen. Ihre geringe Wärmeausdehnung ermöglicht engere Kolben-Zylinder-Passungen, was zu einer CO2-Emissionsreduktion von mindestens 20 % führt. Zusätzlich spart die erhöhte Verbrennungstemperatur, die in Hochleistungs-Dieselmotoren möglich ist, zusätzlich Energie und reduziert die CO2-Emissionen.
   
3. RSA-905: Diese Legierung zeichnet sich durch eine besonders hohe Festigkeit und Steifigkeit aus (etwa doppelt so hoch wie bei der Aluminiumlegierung 6061). Sie ist nützlich für Strukturkomponenten im Maschinenbau, in medizinischen Geräten (als Titanersatz), in Messgeräten, in hydraulischen Systemen und mehr.

Wann wird eine Spannungsarmglühung empfohlen?

Es wird empfohlen, nach der Schruppbearbeitung eine Spannungsarmglühung durchzuführen, wenn das bearbeitete Teil enge Toleranzen im Bereich von 0,01-0,03 mm erfordert und wenn erheblich Material vom Rohmaterial abgetragen wird.

Zum Beispiel kann die RSA-443-Legierung mit dem folgenden Verfahren künstlich gealtert werden:

1. Schruppen Sie bis auf 0,2-0,5 mm der Endabmessungen.
2. Legen Sie das Teil in einen gekühlten Ofen bei Raumtemperatur (20 – 25 ºC).
3. Erhitzen Sie das Teil allmählich auf 380 ± 5 ºC mit einer Geschwindigkeit von 100 ºC pro Stunde.
4. Halten Sie das Teil 2 Stunden lang bei einer stabilisierten Temperatur von 380 ± 5 ºC.
5. Kühlen Sie das Teil langsam in einem geschlossenen Ofen auf Raumtemperatur (20 – 25 ºC) ab.

Nach diesem Prozess kann eine abschließende Feinbearbeitung durchgeführt werden.

Optomechanische Teile sind die unbesungenen Helden optischer Systeme, die eine präzise Ausrichtung, Stabilität und Schutz für empfindliche Komponenten wie Linsen, Spiegel und Detektoren gewährleisten. Vom Gehäuse, das einen Laser vor Staub schützt, bis hin zur winzigen Schraube, die den Fokus eines Mikroskops feinjustiert, spielt jedes Teil eine entscheidende Rolle bei der Erzielung der gewünschten optischen Leistung. In diesem Leitfaden werden wir die vielfältige Welt der optomechanischen Komponenten erkunden und Erklärungen, Bilder und Designtipps geben, die Ihnen helfen, ihre Funktionen und Bedeutung zu verstehen.

Optisches Gehäuse

Optische Gehäuse sind präzisionsgefertigte Gehäuse, die optische Komponenten wie Linsen und Spiegel sicher halten und schützen. Sie sorgen für eine exakte Ausrichtung und schützen die Optik vor Umwelteinflüssen wie Staub, Feuchtigkeit und mechanischer Beanspruchung. Hohe Präzision ist entscheidend, da selbst kleinste Fehlausrichtungen die Leistung des optischen Systems beeinträchtigen können. Diese Gehäuse werden typischerweise aus langlebigen Materialien wie Aluminium oder Edelstahl hergestellt, um eine langfristige Stabilität und Zuverlässigkeit in empfindlichen Anwendungen wie Kameras, Lasern und wissenschaftlichen Instrumenten zu gewährleisten.

Spektrometergehäuse

Ein Spektrometergehäuse ist eine kritische Komponente in optischen Systemen, die empfindliche Spektrometerteile wie Beugungsgitter und Detektoren schützt. Diese Gehäuse bieten eine stabile, geschützte Umgebung und schirmen das Spektrometer vor Staub, Feuchtigkeit, Temperaturschwankungen und Vibrationen ab, die genaue Messungen beeinträchtigen können. Die Genauigkeit der Bearbeitung des Gehäuses wirkt sich direkt auf die Leistung des Spektrometers aus und gewährleistet eine präzise Ausrichtung und zuverlässige Spektralanalyse. Dieses spezielle Gehäuse verfügt über eine sandgestrahlte, matte Oberfläche, um interne Reflexionen und Streulicht zu minimieren und seine Leistung weiter zu optimieren.

Statische Linsenhalterung

Statische Linsenhalterungen sind Präzisionskomponenten, die verwendet werden, um optische Linsen in optischen Anwendungen sicher zu halten und auszurichten, um Lichtstrahlen von ihrer Quelle zu einem Zielbereich zu lenken und zu leiten. Sie sind unerlässlich für eine präzise Strahlausrichtung in verschiedenen Branchen, darunter Forschung, Biomedizin, Biowissenschaften, Astronomie, Metrologie und Halbleiterfertigung. Diese Halterungen müssen für eine genaue Positionierung auf der Platte oder dem Gehäuse hochpräzise sein.

Einstellschrauben

Einstellschrauben sind eine wesentliche optomechanische Komponente, die eine präzise und kontrollierte Bewegung zum Ausrichten optischer Elemente mit hoher Genauigkeit ermöglicht. Diese Schrauben verfügen typischerweise über feine Gewinde, die speziell für optische Einstellungen entwickelt wurden und winzige Positionsänderungen ermöglichen, die für die Optimierung optischer Systeme entscheidend sind. Sie können von Standardherstellern optomechanischer Komponenten wie Thorlabs bezogen und bei Bedarf modifiziert oder von Grund auf kundenspezifisch gefertigt werden, um spezifische Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Diese Einstellschrauben werden oft aus langlebigem Edelstahl mit Messingbuchsen gefertigt und bieten ein Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Stabilität und reibungsloser Bewegung, wodurch eine lange Lebensdauer und eine zuverlässige optische Ausrichtung in anspruchsvollen Anwendungen gewährleistet werden.

Grundplatten

Kundenspezifische Grundplatten für optische Systeme sind das Fundament, auf dem präzise optische Systeme aufgebaut werden. Diese Platten, die typischerweise aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen wie C250 oder ACP5080 gefertigt werden, bieten eine stabile und zuverlässige Plattform für die Montage verschiedener optomechanischer Teile. Dimensionsstabilität ist von größter Bedeutung, da selbst geringfügige Abweichungen die Genauigkeit und Leistung des optischen Systems beeinträchtigen können. Um diese Stabilität zu gewährleisten, wird das Material oft spannungsarm geglüht, um Dimensionsänderungen im Laufe der Zeit zu minimieren. Die Ebenheit der Montageflächen und die präzise Positionierung der Stifte oder Stiftlöcher auf der Platte sind entscheidend und beeinflussen direkt die präzise Positionierung und Ausrichtung der optischen Komponenten und damit die Gesamtleistung und Zuverlässigkeit des optischen Systems.

Halteringe

Halteringe sind in der Optomechanik unerlässlich, um optische Komponenten wie Linsen und Spiegel sicher zu halten und präzise in ihren Halterungen zu positionieren. Dieser sichere Halt verhindert Bewegungen oder Fehlausrichtungen, die die Leistung des optischen Systems beeinträchtigen könnten. Halteringe werden häufig in optischen Tuben, Kondensorgehäusen und anderen Baugruppen verwendet und „drücken“ das optische Element in der Regel gegen eine präzise bearbeitete Oberfläche innerhalb eines genauen Durchmessers, der zusammen die Position des Elements relativ zu anderen optischen Komponenten bestimmt. Messing wird aufgrund seiner Kombination aus Festigkeit und leichter Flexibilität oft für Halteringe gewählt. Dies ermöglicht winzige Anpassungen bei Temperaturänderungen und verhindert Spannungen auf der empfindlichen Optik, was für die Aufrechterhaltung einer optimalen Leistung und langfristigen Zuverlässigkeit entscheidend ist.

Praktische Tipps:

1. GD&T-Tipp für die Halterungskonstruktion: Umwandlung von Plus/Minus in Profiltoleranz

Filterräder

Filterräder sind mechanische Geräte, die verwendet werden, um optische Filter vor Lichtquellen oder Detektoren zu halten und zu drehen. Sie werden häufig in Bildgebungs- und Spektroskopiesystemen verwendet, um zwischen verschiedenen Filtern umzuschalten, sodass der Benutzer selektiv bestimmte Wellenlängen des Lichts durchlassen kann. Filterräder sind oft motorisiert, was eine präzise und automatisierte Steuerung darüber ermöglicht, welcher Filter in den Strahlengang platziert wird. Sie sind entscheidend in Anwendungen wie Fluoreszenzmikroskopie, Astronomie und maschinelles Sehen, bei denen verschiedene Wellenlängen oder Farben zur Analyse oder Bildgebung isoliert werden müssen.

Kondensorgehäuse

Ein Kondensorgehäuse ist eine entscheidende Komponente in optischen Systemen, die speziell entwickelt wurde, um die Kondensorlinse aufzunehmen und zu schützen. Dieses Gehäuse stellt sicher, dass die Kondensorlinse sicher in der richtigen Position und Ausrichtung gehalten wird, was für die Steuerung und Konzentration von Licht auf das betrachtete Objekt unerlässlich ist. Die präzise Positionierung der Kondensorlinse innerhalb ihres Gehäuses beeinflusst direkt die Qualität und Gleichmäßigkeit der Ausleuchtung und beeinflusst die Gesamtleistung des optischen Systems.