Optisches Stempeln mit UKP-Lasern: Mikrostrukturen in Sekunden

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen hat gemeinsam mit der RWTH Aachen ein Verfahren entwickelt, das die Erzeugung von Mikrostrukturen auf Werkstückoberflächen drastisch beschleunigt. Beim optischen Stempeln wird der Strahl eines Ultrakurzpulslasers (UKP-Lasers) mithilfe eines Spatial Light Modulators (SLM) geformt und in einem einzigen Arbeitsschritt auf die Oberfläche übertragen. So entstehen präzise, reproduzierbare Mikrostrukturen in Rekordzeit, ganz ohne aufwändiges Scannen.

„Mit dem Verfahren des optischen Stempelns lässt sich dieses Problem umgehen“, erklärt Sönke Vogel vom Fraunhofer ILT. „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.“

Die Technik ermöglicht die Bearbeitung von Stahl, Metallen und Glas mit hoher Genauigkeit. Im Unterschied zu konventionellen Methoden wie Funkenerosion (EDM) oder nasschemischem Ätzen ist das Verfahren umweltfreundlicher, energieeffizienter und reduziert die Prozesszeiten um bis zu 80%. Durch den Einsatz von LCoS-basierten SLMs wird der Laserstrahl in das gewünschte Muster moduliert, was die flexible Anpassung per Software erlaubt, ohne mechanische Änderungen.

Paul Buske von der RWTH Aachen University ergänzt, „Optische neuronale Netze ermöglichen dank etablierter KI-Trainingsmethoden eine bisher unerreichte Flexibilität in der Strahlformung“. So entstehen Phasenmasken für nahezu jedes Strahlprofil schnell und präzise.

Im EU-Projekt METAMORPHA entwickeln das Fraunhofer ILT, die RWTH Aachen und thyssenkrupp Steel Europe neuartige Oberflächen für die Flachstahlproduktion. Damit sollen Qualität und Nachhaltigkeit europäischer Stahlprodukte verbessert werden. Durch gezieltes Nachlasern deterministischer Mikrostrukturen lässt sich die Lebensdauer von Prägewalzen um den Faktor zehn verlängern.

Das Potenzial der Methode reicht über Metall und Glas hinaus. Anwendungen finden sich in der Medizintechnik, Pharmaindustrie und der Oberflächenfunktionalisierung von Kunststoffen und Keramiken. Optisch gestempelte Mikrostrukturen können hydrophobe oder antibakterielle Eigenschaften erzeugen oder zur Rückverfolgbarkeit durch Data-Matrix-Codes beitragen.

„Das Besondere am optischen Stempeln ist die Kombination aus Geschwindigkeit, Präzision und Flexibilität“, fasst Vogel zusammen. „Wir können das Strukturmuster per Software in Bruchteilen einer Sekunde anpassen, ohne die Optik mechanisch umzurüsten.“

COMPAMED.de; Quelle: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT