Project

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Diamond Turning Machine for Ultra-precise Manufacturing

Applicant Moser Christophe
Number 177019
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Laboratoire de systèmes photoniques appliqués EPFL - STI - IMT - LAPD
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Microelectronics. Optoelectronics
Start/End 01.02.2018 - 30.06.2019
Approved amount 202'500.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Microelectronics. Optoelectronics
Other disciplines of Physics

Keywords (3)

Advanced Manufacturing ; Optical Components; Diamond Turning

Lay Summary (French)

Lead
Le tournage à pointe de diamant (SPDT) est une méthode bien connue pour la fabrication d’éléments optiques avec une qualité de surface nanométrique. La principale différence entre un tour standard et un tour à pointe diamant est que la machine SPDT utilise un outil en diamant pour son usinage et est capable d'usiner des finitions de surface de quelques nanomètres. SPDT peut également être utilisé pour des éléments optiques symétriques comme des lentilles diffractives, de Fresnel, cylindriques, toriques et freeform.SPDT est également utilisé pour créer des moules complexes, qui peuvent ensuite être utilisés pour le moulage par injection. Actuellement, aucune machine de ce type n'existe à l'EPFL ou à l'ETHZ, ce qui oblige les groupes à externaliser de manière coûteuse et longues les nouvelles conceptions. Ce projet permettra de développer des techniques de fabrication avancées à l'EPFL.
Lay summary

Objectifs du projet de recherche au début de la recherche et résultats après l'achèvement du projet

L'équipement sera dédié au développement de prototypes de recherche avec un accent sur les éléments de qualité optique par le groupe du Prof. Moser (EPFL, Laboratoire de dispositifs photoniques appliqués (LAPD)). Le laboratoire LAPD se concentre sur le développement de nouvelles techniques de micro-fabrication. Plus précisément, ils mettent au point des techniques émergentes de mise en forme des composants céramiques ultra-précis. L'équipement sera également utile à d'autres groupes de l'EPFL. Le succès du projet sera la fabrication d’éléments pas encore réalisable à l'EPFL. Cela fera progresser la recherche et offrira de nouvelles opportunités.

 

Contexte scientifique et sociétal du projet de recherche

Les composants développés par ce projet devraient avoir d’importantes répercussions, allant de la poursuite de la recherche à des applications dans les implants biomédicaux et les transducteurs complexes.

 

MOTS CLÉS: Tournage au diamant, composants optiques, fabrication de pointe

Direct link to Lay Summary Last update: 26.04.2018

Responsible applicant and co-applicants

Project partner

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
160113 Multimode excited Waveguide based Non-linear Microscopy (MuxWave) 01.04.2015 Project funding

Abstract

Single point diamond turning (SPDT) is a well known method for fabricating micro optics with nanometer surface quality. The major difference between a standard lathe and a single point diamond turning machine is that the SPDT machine uses a diamond tipped bit for its machining. It is able to machine surface finishes of a few nanometers. SPDT can also be used for non-radial symmetrical optics. Examples include diffractive lenses, Fresnel lenses, cylindrical, toric lenses, free form optics as well as conventional aspherical optics.Single point diamond turning can be used with many different types of non-ferro materials. For example, some UV plastics do not lend themselves to molding so single point diamond turning is used to actually machine the plastic to its correct shape. Single point diamond turning is also used on metals, and is used to create complicated molds, which can then subsequently be used for injection molding.The advantages of using single point diamond turning are: the ability to make lens shapes very accurately without expensive tooling and it is reproducible. The only tooling required for the process is a diamond bit. Such a machine is ideally suited for research because the process can be fine-tuned to the material being machined to obtain the best surface finish and accurate profile. SPDT far exceeds the capabilities of traditional machines found in university workshops. Currently no such machine exists at either EPFL or ETHZ, requiring groups to do expensive and time-consuming out-sourcing of new designs.My research laboratory is a partner of project Ceramic X.0, which was granted by the Advanced Manufacturing initiative. The main aim of this project is to develop novel micro-manufacturing techniques for high-precision ceramic components based on polymer-derived ceramics (PDC). Specifically, we will mature the emerging techniques of shaping PDC into ultra-precise ceramic components. However, it is difficult if not impossible to produce micron-scale high-precision ceramic components with current manufacturing techniques. Having direct access to the tools necessary to create new prototypes is critical. In addition, one of the goals of this proposal is to allow other researchers to have access to the machine This will provide an active community of researchers using diamond turning. The two project partners on this proposal who will greatly benefit from such a machine are Prof. Tobias Kippenberg (EPFL - Laboratory of Photonics and Quantum Measurements) and Prof. Mark Pauly (EPFL- Computer Graphics and Geometry Laboratory). We have received support and interest for the machine from several other research groups at EPFL including Prof. Psaltis, Prof. Sorin, Prof. Renaud, and Prof. Herzig.
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