Tintenstrahldrucker: KIT entwickelt Druckverfahren für optische Filter

Bisher werden optische Filter aufwendig durch Aufdampfen hergestellt. Künftig sollen sie mit einem Tintenstrahldrucker gedruckt werden.

Artikel veröffentlicht am 12. April 2023, 13:15 Uhr, Werner Pluta

Gedruckter optischer Filter: Die Schichtdicke entscheidet über die Eigenschaften. (Bild: LTI, KIT)

Drucken satt dampfen: Ein Team aus Baden-Württemberg hat ein Verfahren entwickelt, um optische Filter günstiger und einfacher als bisher zu herzustellen.

Optische Filter und dielektrische Spiegeln werden überall dort eingesetzt, wo mit Licht gearbeitet wird – etwa in der Fotografie, in Messgeräten, Sensoren oder in Teleskopen. Sie bestehen aus zwei Materialien mit unterschiedlicher Dicke und unterschiedlichem Brechungsindex, die in vielen hauchdünnen Schichten übereinander gelegt werden.

Das Team des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) will solche Filter künftig drucken. Dabei werden zwei eigens dafür entwickelte Tinten eingesetzt, die tropfenweise mit einem Tintenstrahldrucker ausgebracht werden.

Das Material wird mit Licht gehärtet

Hat eine Schicht die gewünschte Dicke erreicht, wird sie mit ultraviolettem Licht gehärtet. Anschließend wird die nächste Schicht auf die gleichen Weise erzeugt. So entsteht Schicht für Schicht der Inkjet Optical Filter (IJPOF).

"Eine Herausforderung ist es dabei, die Druck- und Trocknungsparameter präzise zu bestimmen, vor allem aber die Schichtdicken passgenau zu variieren", sagte Uli Lemmer, Leiter des Lichttechnischen Instituts (LTI) des KIT. "Denn die Schichtdicke entscheidet darüber, welche Eigenschaften der Filter hat."

Bisher werden solche Filter hergestellt, indem die Materialien in großen Vakuumanlagen bei hohen Temperaturen aufgedampft werden. Dafür werde viel Energie und Material aufgewendet, sagte Lemmer. Zudem hätten diese Maschinen einen vergleichsweise niedrigen Durchsatz.

Das am LTI entwickelte Verfahren eignet sich nach Angaben des Teams besonders für Spezialanfertigungen. Diese seien meist sehr teuer, da es dafür bisher keine effizienten Produktionsmöglichkeiten gibt. Neben IJPOFs lassen sich damit auch dielektrische Spiegel oder Bragg-Spiegel aus Nanotinten auf verschiedene Oberflächen drucken.

Das Team sieht viele Anwendungen und einen großen hohen Bedarf für die IJPOFs, etwa für spektroskopische Verfahren in der Medizin, Messgeräte für die Chemieindustrie, Kameras oder Teleskope mit einem hohen Reflexionsgrad, die eine große Fläche abdecken müssen. Vorteil des Verfahrens sei, dass damit Komponenten im Mikrometerbereich ebenso gedruckt werden könnten wie große, etwa für Solarmodule.