Schwingungsunterstützte Ultrapräzisionsbearbeitung optischer Gläser mit monokristallinen Diamantwerkzeugen

Die Verbindung von Optik und Elektronik in integrierten Systemen ist einer der treibenden Technologietrends. Insbesondere Anwendungen im Bereich der Verarbeitung, der Speicherung und des Transfers elektronischer Daten übernehmen dabei eine Vorreiterrolle. Für die mikrooptischen Komponenten, die in diesen Systemen benötigt werden, ergeben sich hierbei enorme Anforderungen, die sich in extreme hohen Oberflächengüten und Formgenauigkeiten in Verbindung mit sehr komplexen Konturen wiederspiegeln. Diesen Anforderungen können die heute verfügbaren Fertigungstechnologien der Feinmechanik und Optik nur mit Einschränkungen entsprechen. Vor allem die etablierten Verfahren der Schleifbearbeitung und der Politur weisen erhebliche Defizite in den Freiheitsgraden der Konturgebung auf und beinhalten zumeist einen hohen Anteil manueller Tätigkeiten und interativer Korrekturzyklen. Parallel hierzu wurde durch die gezielte Entwicklung der Ultrapräzisionstechnologie versucht, die Vorteile der Zerspanung mit einer definierten Schneidengeometrie auf weitere Anwendungsbereiche zu übertragen. Den unbestreitbaren Vorzügen der Ultrapräzisionszerspanung, insbesondere bei der flexiblen Fertigung komplexer Konturen mit Strukturen bis in den Mikrometerbereich, steht jedoch die Festlegung auf den Schneidstoff Diamant engegen, der die Ausdehnung des Verfahrens auf technologisch und wirtschaftlich äußerst bedeutsame Werkstoffgruppen, wie z.B. das Glas und Stahl, verhindert. Durch die Realisierung einer schwingungsunterstüzten Bearbeitungstechnologie unter den Randbedingungen der Ultrapräzisionstechnik wurde erstmals ein Ansatz mit einem bedeutenden Potential zur Lösung dieses Problems vorgestellt. Bisher stand einer Überführung dieser neuen Technologie in die industrielle Praxis jedoch das mangelnde Vorliegen einer detallierten Beschreibung der Leistungsfähigkeit einerseits und entsprechender Anwendungsrichtlinien anderseits entgegen. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte entstand die vorliegende Arbeit. Als übergreifende Aufgabe wurde angestrebt, eine umfassende Analyse der vorliegenden Wirkzusammenhänge bei der schwingungsunterstützten Bearbeitung von optischem Glas mit monokristallinen Diamantwerkzeugen durchzuführen, unter Berücksichtigung materialspezifischer Randbedingungen die technologischen Einflussgrößen im Prozess zu ermitteln und letztlich die gewonnenen Erkenntnisse in anwendungsorientierte Richtlinien zur Prozess- und Systemgestaltung zu überführen. Die Durchführung der hierzu erforderlichen Untersuchungen erfolgte in verschiedenen, systematisch aufeinander aufbauenden Arbeitsschritten, die neben einer kinematischen Modellbildung auch umfassende Bearbeitungsversuche umfassten.