Laserstrukturieren komplexer 3D-Freiformflächen

Wir bieten tiefes Prozesswissen sowie konkrete Systemlösungen für das funktionalisierende 4- und 5-Achs-Laserstrukturieren mittels Kurz- und Ultrakurzpulslaser.

Vom Mikro- zum Nanometer

In einer CAM-gesteuerten 5+4-Achs-Lasermaschine können wir gezielt selbstorganisierte Nanostrukturen mit einem Ultrakurzpulslaser auf Freiformflächen erzeugen und automatisiert ausrichten.

Prozedurale Strukturen

Wir haben eine neue Methodik zur Beschreibung und Programmierung von Strukturmustern für die Laseroberflächenstrukturierung entwickelt.

Laserstrukturieren

Das Laserstrukturieren ist Verfahren zur Funktionalisierung von Bauteiloberflächen. Mit der Funktionalisierung werden die optischen, mechanischen, haptischen und biologischen Eigenschaften des Bauteils entsprechend der gewünschten Nutzung verändert.

Veränderte Bauteileigenschaften durch Oberflächenfunktionalisierung

Die Anwendungsfelder sind vielfältig: So erscheinen beispielsweise Kunststoffoberflächen im Automobil griffiger und wertiger, wenn sie mit Mikrostrukturen versehen sind. Bei Triebwerkskomponenten verringert sich mit der richtigen Oberflächenbearbeitung deren Reibung und damit der Luftwiderstand. Wasserabweisende Eigenschaften findet sich heute auf Lacken ebenso wie auf Textilien. Für metallische Bauteile, etwa bei Instrumenten in der Medizintechnik, wird dieser »Lotuseffekt« durch das Einbringen einer periodischen Struktur mittels (Ultra-)Kurzpulslaser erzielt. Und auch der gegenteilige Effekt lässt sich durch Mikro- und Nanostrukturen in der Oberfläche erzielen: Hydrophile Oberflächen, wie sie unter anderem in Tanks oder bei bestimmten Optiken zu finden sind, saugen Wasser regelrecht an und transportieren die Flüssigkeit in die gewünschte Richtung.

Umfangreiche Anlagentechnik zum Laserstrukturieren

Wir sind am Fraunhofer IPT in der Lage, Mikro- und Nanostrukturen reproduzierbar selbst auf komplex geformten Oberflächen von Glas-, Metall- und Kunststoffbauteilen einzubringen. Zur Herstellung der Strukturen nutzen wir konventionelle 5-Achs-Anlagen, in die wir (Ultra-)Kurzpulslaser integrieren.

Für besonders große Objekte kommt unser Robotersystem MIRA zum Einsatz. Mit MIRA können wir auch bei sehr großen und komplexen Bauteilen Strukturen von höchster Qualität erzeugen. Um systembedingte Ungenauigkeiten des Roboters auszugleichen, haben wir einen intelligenten Laserstrukturierkopf entwickelt, der Positionsabweichungen automatisch erkennt und eigenständig korrigiert.

Unsere Leistungen im Überblick

  • Entwicklung von funktionsorientierten Nano- und Mikrostrukturen
  • Oberflächenstrukturieren komplex geformter Bauteile
  • Individuelle Beratung zum Einsatz des Laserstrukturierens
  • Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudien
  • Anpassung des Prozesses an bestehende Fertigungsumgebungen
  • Prototypische Fertigung von Oberflächenstrukturen

Anwendungsbeispiele

Tribologie

Durch Mikrostrukturen, die wir mit dem Laser in Bauteiloberflächen einbringen, erhöhen oder minimieren wir gezielt die tribologische Beanspruchung.

Haptik

Die Mikrostruktur einer Oberfläche bestimmt, wie diese sich anfühlt. Durch Laserstrukturierung verändern wir Oberflächen, um die gewünschten haptischen Eigenschaften zu erzielen.

Biomedizin

Indem wir Mikro-und Nanostrukturen auf Werkstoffoberflächen einbringen, beeinflussen wir das Verhalten von Zellen und Bakterien: Zellwachstum wird je nach Struktur verhindert oder gefördert, und sogar die Differenzierung von Stammzellen können wir mit ihnen steuern.

Benetzbarkeit und Fluiddynamik

Mit Mikro- und Nanostrukturen verändern wir die Benetzungseigenschaften von Oberflächen und schaffen hydrophile sowie hydrophobe Bereiche. Kleinste Kapillarstrukturen gewährleisten darüber hinaus einen gerichteten, passiven Flüssigkeitstransport.

Design und Optik

Durch das Laserstrukturieren beeinflussen wir die ästhetischen und visuellen Eigenschaften von Bauteiloberflächen. Mit dem Laser können wir nahezu beliebige Designmuster präzise fertigen.

Diamantbearbeitung

Diamant lässt sich mit konventionellen Verfahren kaum bearbeiten. Durch Laserstrukturierung wandeln wir den Werkstoff hingegen gezielt in Graphit um und ermöglichen eine hohe Materialabtragraten.