Additive Fertigung polymerer optischer Wellenleiter im Aerosol-Jet-Verfahren

Die Digitalisierung wird in den kommenden Jahren weiter voranschreiten und voraussichtlich ungeahnte Dimensionen annehmen. Den Zustand „offline“ wird es im Zuge von Industrie 4.0 und der damit verbundenen Vernetzung der Anlagenparks, dem modernen Transportwesen in der Luft, auf der Straße sowie zu Wasser und nicht zuletzt dem modernen Leben mit Smart-Home und ständiger Anbindung an das Internet via Smartphone in der nahen Zukunft wohl nicht mehr geben. Aktuell gilt es Mittel und Wege zu finden, die immer Größer werdenden Datenpakete zu speichern und möglichst in Echtzeit übertragbar zu machen.
An dieser Stelle setzt die hier durchgeführte Forschungsarbeit an und präsentiert erstmalig die Möglichkeit, polymere optische Wellenleiter (POW) durch digitalen Direktdruck am Beispiel des Aerosol-Jet-Drucks auf der jeweiligen Substratoberfläche benutzerdefiniert aufzubringen. Die so erzeugten POW erreichen aktuell einen Transmissionsgrad von über 91 %%, Dämpfungsraten von bis zu 0,2 dB/cm und sind in der Lage bis zu 10 GBit/s zu übertragen, welches sie für die notwendige Substitution metallischer Leiter qualifiziert.
Anhand der Grundlagen der optischen Datenübertragung erfolgt eine Definition des Begriffs polymerer optischer Wellenleiter und dessen Abgrenzung zu gängigen Wellenleiterformen durch das verwendete Herstellungsverfahren. Im Anschluss wird der OPTAVER-Prozesses und die damit verbundene Prozesskette beschrieben. Bei der Qualifizierung des Herstellungsverfahrens konnten wichtige Grundlagen für zukünftige weiterführende Arbeiten bzw. erste industrielle Anwendungen erarbeitet werden. So können im AJ-Druck POW mit optischer Güte auf dreidimensionalen Oberflächen aufgebaut werden. Es konnten geeignete Materialien, Prozessparameter, Qualifizierungs- bzw. Charakterisierungs- und Modellierungsmethoden identifiziert und auf deren Eignung hin evaluiert werden.
In zukünftigen Anwendungen sollte somit die hier vorgestellte Technologie durchaus berücksichtigt werden, da hierdurch Ressourcen, Material und Gewicht eingespart werden können und darüber hinaus die Möglichkeit besteht, eine voll funktionsfähige optische Versorgungs- und Kommunikationsnetzwerkstruktur an den jeweiligen Bedarf anzupassen. Durch geringe Änderungen der Maschineneinstellungen können Länge, Breite, Höhe und Layout sowie damit verbunden die Datenübertragungseigenschaften manipuliert werden.