In Rekordzeit zu Mikrostrukturen nach Maß
Mit dem Verfahren des optischen Stempelns lassen sich Mikrostrukturen in nur einem einzigen Laserpuls präzise und reproduzierbar erzeugen. Dazu wird der Strahl eines Ultrakurzpulslasers mithilfe eines Spatial Light Modulators (SLM) exakt in das gewünschte Muster gebracht und direkt auf die Werkstückoberfläche übertragen. Erste Tests zeigen, dass sich die Prozesszeiten um mindestens 80 Prozent reduzieren lassen.
Bild 1. Beim optischen Stempeln wird der Strahl eines Ultrakurzpulslasers exakt in das gewünschte Muster gebracht – wie beim Schmetterling in diesem Bild
Moderne Oberflächenbehandlungsprozesse bieten die Möglichkeit, Materialeigenschaften präzise einzustellen. So lässt sich beispielsweise der Reibungskoeffizient über einen breiten Bereich verändern; Flächen lassen sich hydrophob oder hydrophil und sogar antibakteriell funktionalisieren. Die Herstellung solcher Mikrostrukturen ist jedoch häufig problematisch. Da beim Laserabtrag mithilfe eines Ultrakurzpulslasers ein einzelner kleiner Laserspot über die gesamte Oberfläche geführt wird, ist das Verfahren bei großen Flächen sehr zeitaufwändig. Beim nasschemischen Ätzen entstehen nicht nur gesundheits- und umweltkritische Abfälle, das Verfahren ist zudem unflexibel, weil es Masken benötigt. Auch die Funkenerosion (Electrical Discharge Machining, EDM) hat ihre Nachteile: Sie verbraucht viel Energie, erzeugt giftige Schlämme und liefert nur zufällige, stochastische Mikrostrukturen. Anders als beim Lasern lassen sich die Oberflächeneigenschaften damit nicht gezielt auf nachfolgende Prozessschritte abstimmen.
»Mit dem Verfahren des optischen Stempelns lässt sich dieses Problem umgehen«, erklärt Sönke Vogel aus der Gruppe Mikro- und Nanostrukturierung am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Vogel und sein Team formen den Strahl eines Ultrakurzpuls-(UKP-)lasers mithilfe eines Spatial Light Modulators (SLM) exakt in das gewünschte Muster und bringen es in einem einzigen Arbeitsschritt auf die Werkstückoberfläche (Bild 1). »So entstehen Mikrostrukturen präzise, reproduzierbar und in einem Bruchteil der bisherigen Zeit bei deutlich geringerem Verschleiß im Vergleich zu mechanischen Verfahren und ohne Umrüsten der Optik.« [...]
Institut:
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
D-52074 Aachen
www.ilt.fraunhofer.de