Lasern in 3-D


Mikrometer feine Muster in Oberflächen verleihen Bauteilen verblüffende Eigenschaften: Armaturenbretter aus Kunststoff sehen aus wie Leder; Haifischhaut-Rippen am Flugzeugrumpf verringern den Luftwiderstand; Mikrovertiefungen in Implantaten verbessern die Verbindung mit dem Knochen. Es gibt viele Gründe, Werkstücke mit Mikrostrukturen zu versehen. Doch sie aufzubringen ist nicht einfach. Während flache Oberflächen schon lange mit dem Laser strukturiert werden, musste man sich bei komplex geformten dreidimensionalen Komponenten bisher mit Ätzverfahren behelfen, für die große Mengen von Chemikalien benötigt wurden.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT in Aachen haben den Laser im Verbundprojekt "FlexOStruk" fit gemacht: eine Maschine zum "konturnahen Laserstrahlabtragen" wurde entwickelt. Diese kann Mikrostrukturen in beliebig gewölbte Flächen einbrennen.

Der Laser muss sehr genau fokussiert sein, damit der etwa zehn Mikrometer breite Brennfleck exakt arbeitet. Die Voraussetzung ist, dass der Laser senkrecht auf die Oberfläche trifft - anderenfalls verzerrt sich der Fokus und die scharfe Mikrostruktur verwischt. Die Herausforderung bestand darin, den Laser präzise und im immer selben Abstand an den Wölbungen des Materials entlang zu führen.

Für diesen Zweck griffen die Forscher auf eine konventionelle Werkzeugmaschine zurück. Sie demontierten die übliche Werkzeugspindel - jenen Greifer, der normalerweise Fräsköpfe hält - und statteten die Maschine mit einem Nanosekunden-Laser aus. Ein Scanner steuert die Feinbewegung dieses Lasers und rastert das gewünschte Muster auf dem Bauteil ab. "Letztlich ist es uns gelungen, den ganzen Weg von der Musterentwicklung bis zum fertig bearbeiteten Bauteil in unser Konzept zu integrieren", sagt Sascha Bausch, Gruppenleiter der Lasermaterialbearbeitung am IPT.

Die Fraunhofer-Forscher nutzen spezielle CAD-Systeme, um die gewünschte Struktur an Unebenheiten anzupassen. Eine eigens entwickelte Software, der "NCProfiler", setzt diese Daten in Steuerungsbefehle für den Laser, die Scannereinheit sowie die Werkzeugmaschine um.

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft