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Laser-Mikrotexturieren auf komplex geformter Oberfläche


Beim Oberflächenstrukturieren erschließen Ultrakurzpulslaser vielfältige Anwendungen. Mit einer neuen Maschinentechnik und Software lassen sich jetzt Mikrotexturen auch auf 3D-gekrümmten Oberflächen erzeugen. Systeme zur automatischen Kalibrierung sorgen dabei für eine dauerhaft hohe Präzision.

Bild 1. Stahlkugel (Durchmesser 10 mm) mit einer Pyramidenstruktur (Raster 0,2 mm x 0,2 mm, Höhe 100 µm), dahinter eine größere Stahlkugel (50 mm Durchmesser) mit einer negativen Pyramidenstruktur (Raster 0,5 mm x 0,5 mm, Tiefe 40 µm), die nach dem Laser-Texturieren durch Elektropolieren nachbehandelt wurde
[zum Vergrößern in das Bild Klicken]

Das Laser-Mikrotexturieren mit Ultrakurzpulslasern ermöglicht die Fertigung von feinsten Oberflächenstrukturen, die mit länger ge­pulsten Lasern nicht herstellbar sind. Damit lassen sich funktionale Oberflächen erzeugen, wobei beispielsweise Reibung optimiert, optische Eigenschaften gezielt angepasst oder die Benetzung einer Oberfläche gesteuert werden. Besonders interessant ist das Mikrotexturieren von Spritzgussformen oder anderen Werkzeugen, mit denen die funktionalen Texturen kostengünstig in ein Produkt abformbar sind. Solche Werkzeuge haben üblicherweise komplex gekrümmte Oberflächen, weshalb sich das Mikrostrukturieren bisher schwierig gestaltete. Mit einer neuen Maschine sowie einer neuen Software des niederländischen Unternehmens Lightmotif können Mikrotexturen jetzt auch auf 3D-gekrümmten Oberflächen angebracht werden (Bild 1).

 

Das Laser-Mikrotexturieren
Ein ultrakurzer Laserpuls mit Pulsdauern im Femto- bis Pikosekundenbereich wird auf die Oberfläche eines Bauteils fokussiert, wodurch bei genügend hoher Pulsenergie das Material verdampft und somit abgetragen wird. Dieser Prozess verläuft so schnell, dass es kaum zu Wärmediffusion kommen kann und umliegendes Material somit nicht beeinflusst wird. Ein typischer Durchmesser des fokussierten Laserspots liegt bei lediglich 20 µm, und jeder Laserpuls trägt abhängig vom Material und der Pulsenergie nur eine Schicht von 10 bis 50 nm ab. Diese Kombination aus kleinem Spot und geringer Abtragstiefe pro Puls ermöglicht präzise Bearbeitungen mit Struktur­abmessungen, die deutlich kleiner als der Laserspot sind. Darüber hinaus lassen sich damit Strukturen mit einer Rauheit ab circa 0,2 µm (mittlere arithmetische Höhe Sa) erzeugen, was mit nachfolgendem Polieren bei Bedarf weiter reduzierbar ist.

 

Das Mikrotexturieren verwendet für einen effizienten Abtrag mit geringer Rauheit relativ niedrige Pulsenergien. Um dabei einen genügend hohen Durchsatz zu gewährleisten, werden hohe Pulswiederholraten bis zu mehreren Megahertz genutzt, womit abhängig vom Material Abtragsraten von 0,1 bis 1 mm3 erreicht werden. Das sogenannte ›3D-Step-and-Scan‹-­Verfahren bearbeitet größere oder gekrümmte Oberflächen. Die gekrümmte Oberfläche wird in kleine, nahezu flache Segmente aufgeteilt. Dabei bearbeitet ein Galvo-Scanner jedes Segment durch 2D-Vektorscannen, wobei ein 5-Achs-Manipulator das Scanfeld für jedes Segment richtig positioniert. [...]

 

 

Hersteller: 
Lightmotif B.V.
NL-7521 PR Enschede
Tel. +31 53 4500840
info[at]lightmotif.nl
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