Highlights des Monats - 2018

Prof. Minghong Yang, Direktor des Chinesischen Nationallabors für faseroptische Sensortechnologien in Wuhan, dem Optics Valley Chinas, stattete der Arbeitsgruppe Angewandte Lasertechnik und Photonik einen zweitägigen Besuch ab. Prof. Yang befindet sich derzeit auf einer Deutschlandreise mit den Stationen München, Berlin, Jena und Aschaffenburg. Beeindruckt von den Arbeiten der Aschaffenburger Forscher wurden konkrete Kooperationsprojekte im Bereich der polymeroptischen Sensorik sowie ein bilateraler Wissenschaftleraustausch vereinbart. Auf Aschaffenburger Seite ist dabei vorgesehen, dass zwei Nachwuchsingenieure nach China reisen, um in den dortigen Labors zu arbeiten.

Anika Trautmann hat ihre Promotionsprüfung zum Dr. rer. nat. am Fachbereich Physik der Technischen Universität Darmstadt mit sehr gutem Erfolg absolviert. Das Thema ihrer Dissertation lautet „Zwei-Photonen-Polymerisation als Methode zur Herstellung medizintechnischer Funktionselemente“, das in den Bereich der Lasertopik und Nanotechnologie einzuordnen ist.

Frau Trautmann absolvierte zunächst ihr Bachelor- und Masterstudium der Physik an der TU Darmstadt und arbeitete anschließend als Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe Angewandte Lasertechnik und Photonik von Prof. Hellmann.

Frau Trautmann wechselt unmittelbar nach ihrem Abschluss in die Industrie zu einem namhaften, internationalen Großkonzern im Bereich der Optik.

Aschaffenburger Forscher stellen zusammen mit Ihren KMU-Projektpartnern eXcorLab GmbH und STEHA Elektronik GmbH das Projekt MOEBIUS auf der diesjährigen BMBF-Mittelstandskonferenz in Berlin vor. In diesem außerordentlich interdisziplinären Vorhaben wird ein innovatives, hochsensibles Lab-on-a-Chip-System mit integrierten optischen Sensoren entwickelt. Das Projekt wird im Rahmen des BMBF-Förderprogramms KMU-innovativ: Elektronik gefördert https://www.elektronikforschung.de/projekte/moebius.

Zwei Doktoranden der AG alp präsentieren auf Fachkongressen in Singapur und in den USA aktuelle Ergebnisse zu Forschungen im Bereich der planaren Bragg Sensorik und der Ultrakurzpuls Lasertechnik einem breiten Publikum. Maiko Girschikofsky hielt auf der Konferenz “OSA Light, Energy and the Environment” einen Vortrag mit dem Titel „Planar Bragg Grating Sensor for the Detection of CFC-11“ Gian-Luca Roth stellte in Orlando auf dem 37th International Congress on Applications of Lasers & Electro-Optics das Thema “Circular Mircochannels inside Bulk PMMA Generated by Femtosecond Laser Using Slit Beam Shaping” vor.

3D-Mikrokanalarchitektur in PMMA

Gemeinsam mit der Firma Bruker veranstaltete die AG alp einen zweitägigen Industrieworkshop zu Trends und Anwendungen in der Messtechnik zur Analyse von Topographie, mechanischen Eigenschaften und Tribologie von Funktionsoberflächen. Im Rahmen von eigenen und externen Vorträgen sowie praktischen Vorführungen konnten sich Firmenvertreter aus ganz Deutschland von den beeindruckenden Möglichkeiten modernster Oberflächenmesstechnik überzeugen.

Die AG alp beschäftigt sich im Zuge ihrer Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten selbst bereits seit Jahren mit der Analyse von Funktionsoberflächen sowie der Oberflächenfunktionalisierung und verfügt daher selbst über ein breites Spektrum an modernster Messtechniken.

Die AG alp präsentiert und diskutiert gemeinsam mit dem Bundestagsabgeordneter Carsten Klein (FDP) und Vertretern des Vereins „Bürger für Europa“ und 40 Schülern und Schülerinnen des Kronberg Gymnasiums über Europa und wie sich europäische Projekte vor Ort auswirken. Prof. Hellmann berichtet dabei über das Open Innovation Lab, dass im Rahmen des EFRE Programms gefördert wird, sowie über drei weitere europäische Projekte, die gemeinsam mit italienischen, belgischen, österreichischen und litauischen Unternehmen durchgeführt werden und stellt dabei heraus, wie diese Projekte in der Region wirken.
Im Rahmen von Laborpräsentationen in mehreren Kleingruppen begeisterten sich die Schüler und Schülerinnen zu Themen wie 3D-Druck, Nanotechnologie und Mikrobearbeitung.

Der Doktorand Jakob Feldmann demonstriert einer Gruppe Schülern einen modernen Industrie-3D-Drucker (Foto: J. Lässig, Main-Echo).

Die Arbeitsgruppe Angewandte Lasertechnik und Photonik präsentierte vom 26.09. bis 28.09 auf der internationalen Fachmesse LASER World of PHOTONICS INDIA in Bangalore, ihre wissenschaftlichen Kompetenzen und neusten Ergebnisse. Den Messestand teilten sich die Aschaffenburg Forscher mit den Kollegen des Instituts für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften der Technischen Universität München und des Max-Planck-Institut für Quantenoptik unter der Leitung der bayrischen Hochschulvereinigung.

Gian-Luca Roth und Stefan Belle (v.l.n.r.) am Gemeinschaftsstand der bayrischen Universitäten auf der Laser World of Photonics India.

Wissenschaftlern der AG alp und des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB ist es gelungen planare, oberflächenstrukturierte Bragg-Gitter Sensoren mittels modernster Nanoimprint-Technologie herzustellen und erfolgreich in der Temperatur-Sensorik und der analytischen Sensorik einzusetzen. Die Wissenschaftler veröffentlichten ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Sensors and Actuators A: Physical unter dem Titel „One-step nanoimprinted Bragg grating sensor based on hybrid polymers“. doi: 10.1016/j.sna.2018.09.053

Das im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung geförderte Open Innovation Lab der TH Aschaffenburg und die AG Angewandte Lasertechnik und Photonik präsentierten sich und ihre Aktivitäten beim Tag der Offenen Tür am Industrie Center in Obernburg. Gezeigt wurden Beispiele des Technologietransfers und verschiedener kooperativer Projekte mit Unternehmen der Region Unterfranken. Besonderes Augenmerk der Besucher hatte dabei die Additive Fertigung (3D-Druck), die mit faszinierenden Bauteilen und Objekten zu überzeugen wusste. Seitens der Technischen Hochschule wurde insbesondere die regionale Wirkung der europäischen Förderung anhand konkreter Beispiele herausgestellt.

Dr. André Edelmann stellt die möglichkeiten des 3D-Metalldrucks vor.

Vorstand, Geschäftsstelle und Industrievertreter des Optence-Netzwerkes, dem regionalen Kompetenznetz Optische Technologien für Hessen und Rheinland-Pfalz, zeigten sich beeindruckt von der Vielzahl an hochaktuellen Forschungsarbeiten und den umfassenden Technologie­transfer­tätigkeiten der Aschaffenburger Arbeitsgruppe und den umfassenden Möglichkeiten am Standort des Industrie Center Obernburg. Kernpunkte der Halbtagesveranstaltung waren die Themen Additive Fertigung (3D-Druck), Ultrakurzpulslasertechnologie sowie Werkstoff­un­ter­su­chungen und Messtechnik.

Vorstand und Vertreter des Optence-Netzwerkes

Eine Delegation des litauischen Laseroptik Clusters LITEK besuchte die Arbeitsgruppe alp am Open Innovation Lab und ZeWiS in Obernburg und überzeugte sich von den umfangreichen Forschungs- und Projektarbeiten der alp. Hintergrund des Besuches war auch ein vorheriger Besuch der Aschaffenburger Forscher in Litauen und ein jüngst von der EU genehmigtes gemeinsames Forschungsprojekt von vier deutschen und litauischen Partnern, an dem die AG alp beteiligt ist.

Delegation des litauischen Laseroptik Clusters LITEK

Die Additive Fertigung hat im Bereich des Kunststoffdrucks ihr Portfolio erweitert. Die selektive Lasersinteranlage EOS Formiga P110 liefert voll funktionsfähige Bauteile in höchster Qualität. Verwendung findet hierbei das Polyamid PA 2200, welches auf Grund seiner mechanischen Vorteile (gute Chemikalienbeständigkeit, hohe Steifigkeit und Festigkeit, hohe Langzeitstabilität), seiner Detailtreue und seiner Biokompatibilität ein Material darstellt, das breitgefächerte Anwendungsmöglichkeiten bietet.

Außerdem verfügt die AG alp nun über eine weitere Anlage zum selektive Laserschmelzen (eng. Selective Laser Melting, Abk. SLM). Die EOS M 290 ermöglicht die Herstellung komplexer Strukturen von Metallbauteilen direkt aus CAD-Dateien. Diese Geometriefreiheit ist optimal für Machbarkeitsstudien, Prototypen und Kleinserien, besonders für Bauteile die mit den herkömmlichen Fertigungsverfahren nicht zu realisieren sind. Zusätzlich ist die Anlage mit einem umfangreichen Überwachungssystem zur Qualitätssicherung und besseren Prozessverständnis ausgestattet.

Bauraum der EOS M 209 nach einem fertigen Baujobs (oben) und die gelösten Bauteile (unten).

Das umweltschädliche Treibgas CFC-11 erweckte erst kürzlich neues mediales Interesse, da eine neu veröffentlichte Studie einen drastischen Anstieg der Produktion des verbotenen FCKW zeigte. Wissenschaftlern der Aschaffenburger alp AG und der Johannes-Gutenberg Universität in Mainz ist es nun gelungen das höchst Ozonschädigendes FCKW in ringförmigen Zucker-Moleküle einzuschließen. Ihre herausragende Entdeckung wurde jüngst als Titel-Beitrag in Wiley’s Global Challenges veröffentlicht (Global Challenges, 2018; doi: 10.1002/gch2.201800057).

Außerdem zeigen Forscher der AG alp mit einem Beitrag im Journal Optics Express die Herstellung von Axicons in Quarzglas mittels eines rein laserbasierten Fertigungsverfahrens. Hierbei wird ein Ultrakurzpulslaser (τ = 230 fs) verwendet, um die Kegelform des Axicons in einem schichtweisen Abtrag von 1 µm pro Schicht präzise herzustellen. Ein anschließender Polierprozess wurde genutzt, um die Oberflächenrauheit des hergestellten Objektes mittels CO2-Laser so weit zu reduzieren, bis diese optische Qualität aufweist (Optics Express, 2018; doi: 10.1364/OE.26.023287).

Die Titelseite des Journals Global Challenges mit dem Beitrag „Methyl‐Substituted α‐Cyclodextrin as Affinity Material for Storage, Separation, and Detection of Trichlorofluoromethane“.

Im Rahmen der Entwicklung eines neuartigen Prozesses zur laserbasierten Fertigung von internen Kanalstrukturen in transparenten Kunststoffen mittels ultrakurzer Laserpulse hat die AG alp Ergebnisse in der Fachzeitschrift "Journal of Laser Applications" veröffentlicht. Im Beitrag "Control of femtosecond laser generated microfluidic channels inside poly(methyl methacrylate)" wird erstmals gezeigt wie durch eine Variation von Laserwellenlänge und Fokussierung Dimension und Geometrie von intern erzeugten Mikrokanälen gesteuert werden kann. Innovation, Relevanz und Qualität der wissenschaftlichen Arbeit werden durch eine Auszeichnung als Editor's Pick hervorgehoben (Journal Application, 2018, doi: 10.2351/1.5049352).

Erzeugte dreidimensionale Mikrokanäle in transparenten Kunstoffen (rechts) und der schematische Aufbau (links).

Stefan Rung, Simon Schwarz und Gian-Luca Roth waren mit jeweils 2 Beiträgen auf der Laser Precision Microfabrication (LPM) 2018 in Edinburgh (UK) vertreten. Dort wurden einem internationalem Fachpublikum drei Vorträge zu den Themen “Static and dynamic contact angle of water influenced by femtosecond laser based ripple structures on metals”, “ Axicon fabrication with ultrashort pulsed and CO2 laser “ und “Vertical microchannels for microfluidic multilayer interconnections in PMMA – An innovative approach by fs laser radiation” gehalten. Darüber hinaus wurden drei Poster zu den Themen “Laser induced periodic surface structures on 100Cr6 steel for modification of friction demonstrated with Stribeck Test”, “Homogeneous Low Spatial Frequency LIPSS on sapphire generated by beam-shaped femtosecond pulsed laser irradiation” und “A new approach to seal polymer microfluidic devices using ultrashort laser pulses” präsentiert.

Stefan Rung, Gian-Luca Roth und Simon Schwarz (v.l.n.r.) auf der Precision Microfabrication in Edinburgh.

Die Partner eines vom Freistaat Bayern geförderten Forschungsprojektes, bei dem es um die Integration von hochmoderner Sensorik in das elektrifizierte Fahrrad von Morgen geht, trafen sich im Mai bei der „WINORA-STAIGER GmbH“ in Sennfeld. Neben den Industriepartnern „all ahead composites GmbH“ und „WINORA-Staiger“ war die Technische Hochschule Aschaffenburg durch die beiden Arbeitsgruppen „Aufbau- und Verbindungstechnik“ sowie „Angewandte Lasertechnik und Photonik“ vertreten. Zum krönenden Abschluss des Treffens hatten die Projektteilnehmer Gelegenheit verschiedenste E-Bikes der neuesten Generation in den Weinbergen rund um Würzburg zu testen.

E-Bike-Ausflug in den Weinbergen nahe Würzburg.

Die Arbeitsgruppe Angewandte Lasertechnik und Photonik präsentierte vom 12.05. bis 14.05 auf der Internationalen Fachmesse für optische Technologie, Komponenten und Systeme, kurz Optatec, ihre wissenschaftliche Kompetenzen und neusten Ergebnisse. Die Messe für industrielle Anwendung von optischen Bauelementen, Optomechanik, Optoelektronik, Faseroptik, Lichtwellenleiter, Laserkomponenten und Fertigungssysteme findet alle zwei Jahre auf dem Messegelände in Frankfurt am Main statt.

Dr. André Edelmann und Gian-Luca Roth (v.l.n.r.) am Stand der AG alp auf der Opatec in Frankfurt.

Steffen Hessler und Maiko Girschikofsky hielten auf der SPIE Photonics Europe 2018 in Strasbourg Vorträgen zu den Themen „Temperature corrected lab-on-a-chip-platform with integrated epoxy polymer Bragg gratings“ und „Flexible thin film bending sensor based on Bragg gratings in hybrid polymers“.

Manuel Rosenberger stellte in einem eingeladenen Vortrag auf der 7th IEEE International Conference on Photonics (IEEE ICP) in Malaysia Forschungsergebnisse zum Thema „High temperature stable polymer planar waveguide Bragg grating sensors“ vor.

Maiko Girschikofsky und Steffen Hessler (v.l.n.r.) auf der SPIE Photonics Europe 2018 in Strasbourg.

Eine siebenköpfige Gruppe von Wissenschaftler der Arbeitsgruppe Angewandte Lasertechnik und Photonik (AG alp) besuchte die Universität von New South Wales in Sydney und die Pusan National University in Busan, Südkorea.
In Südkorea diskutierten die Mitglieder der AG alp gemeinsam mit Professoren aus den Arbeitsgebieten Photonik, Elektrotechnik und Maschinenbau unter der Leitung von Prof. Sang-Mae Lee der Pusan National University über die Möglichkeiten gemeinsamer Forschungsvorhaben. In einem gezielten Austauschseminar berichteten die Wissenschaftler aus Aschaffenburg und Busan über Ihre Arbeitsgebiete und Forschungsschwerpunkte. Darüber hinaus gab es Gelegenheit die hochmodernen Labore auf den Gebieten der Photonik und der Additiven Fertigung zu besichtigen. Als Ergebnisse der eintägigen, bilateralen Veranstaltungen wurden verschieden Kooperationsprojekte aus den Bereichen optische Bio-Sensorik und Lasermikromaterialbearbeitung identifiziert.
In Australien traf sich die Aschaffenburger Delegation mit der gruppe von Prof. Gang-Ding Peng, einem Vorreiter der polymeren Fasersensorik. Ebenfalls auf diesem Gebiet aktiv ist der AG alp Mitarbeiter Dr.-Ing. Manuel Rosenberger, der aktuell als Gastwissenschaftler bei Prof. Peng arbeitet. Im Rahmen des Besuchs wurde neben den gemeinsamen Arbeiten auf dem Gebiet der Sensorik auch Schnittmengen und Ergänzungen auf dem Gebiet der Lasermaterialbearbeitung und Additiven Fertigung besprochen, und für den letzteren Bereich gleich zwei Kooperationsprojekte identifiiert.

Die AG alp zu besuch an der Universität in Busan.

Manuel Rosenberger hat seine Promotionsprüfung zum Dr.-Ing. an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg mit sehr gutem Erfolg absolviert. Das Thema seiner Dissertation lautet „Polymere Planare Bragg-Gitter“ und ist in den Bereich der polymeroptischen Sensorik einzuordnen. Die Mitglieder der Promotionskommission waren Prof. Schmauß (FAU), Prof. Lemmer (KIT, Univ. Karlsruhe), Prof. Hellmann (h-ab), Prof. Lenz (FAU) und Prof. Helmreich (Kommissionsvorsitzender, FAU).

Herr Rosenberger absolvierte zunächst sein Bachelor- und Masterstudium an der Hochschule Aschaffenburg und arbeitete anschließend als Wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Arbeitsgruppe Angewandte Lasertechnik und Photonik von Prof. Hellmann.

Gleich im Anschluss geht Herr Rosenberger an die University of New South Wales (Sydney) in die Arbeitsgruppe von Prof. Peng, einem Pionier der polymeren Fasersensorik. Der Aufenthalt dort wird durch die Bayerische Forschungsstiftung im Rahmen eines Stipendiums gefördert. Im April hält Herr Rosenberger einen eingeladenen Vortrag auf der 7th IEEE Int. Conference on Photonics in Malaysia.

Kooperative Promotion der h-ab mit der FAU.

Für ihre Forschungsarbeiten im Bereich pulverbasierter 3D-Druckverfahren (Additive Fertigung) verfügt die AG alp nun auch über ein Partikelmessgerät zur Bestimmung von Kornform und Korngrößen im Bereich von 0,8 µm bis 8,0 mm. Das Messgerät wird insbesondere bei der Untersuchung und Optimierung von Laserschmelzverfahren (engl. Selective Laser Melting, kurz SLM) mit verschiedenen Metallpulvern eingesetzt.

Außerdem erweitert die AG alp ihre Laseranlagen mit einer modernen Hochgeschwindigkeits­kamera. Mit dieser können Laserfertigungsprozesse wie Schweißen und Pulver-Auftragsschweißen sowie Schneiden und Bohren mit bis zu 170.000 Bilder pro Sekunde beobachtet und untersucht werden. Ziel der Aschaffenburger Forscher ist es, mit solch zeitlich hochaufgelösten Beobachtungen industrielle Fertigungsprozesse besser zu verstehen und die Erkenntnisse für eine weitergehende Prozessoptimierungen und Prozesssensorik im Zuge von Industrie 4.0 zu nutzen.

Partikelmessgerät Camsizer X2 der Firma Retsch Technology.

In dem Beitrag des Journals of Optics demonstrieren die Aschaffenburger Forscher erstmals die Möglichkeiten die Empfindlichkeit von planar-polymeroptischen Brechungsindex- und Temperatursensoren auf Basis von Cycloolefin-Copolymeren durch eine anorganische Beschichtung höheren Brechungsindex deutlich zu erhöhen. Dabei wurde auch die durch eine Titandioxidbeschichtung hervorgerufene Doppelbrechung in den integriert optischen Strukturen untersucht.
doi: 10.1088/2040-8986/aa9bcf

Mit einem neu entwickelten Algorithmus für ein photodiodenbasiertes Sensorsystem zur Fehlerdetektion an industriellen Hochleistungs-Faserlaserschneidanlagen liefert die AG alp einen wichtigen Beitrag zur Industrie 4.0. Mit dem im IEEE Sensor Journal veröffentlichten Algorithmus und optischen Sensorsystem können zukünftig Schlecht- und Fehlschnitte von Faserlaserschneidanlagen erfolgreich und in Echtzeit erkannt und damit Fertigungsprozesse besser geregelt werden.
doi: 10.1109/JSEN.2017.2783761

Schematische Darstellung eines polymeren planaren Bragg-Gitters. Die Einsätze zeigen eine Illustration der evaneszenten Feldwechselwirkung mit einem umgebenden Medium und ein Beispiel einer TiO2-beschichteten Gitterregion, die mit einem konfokalen Laser-Scanning-Mikroskop aufgenommen wurde.