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19.06.2017

μRevolution: Kompakte Oberflächenfunktionalisierung

Anlage für Scanner-basiertes direktes Laserinterferenzverfahren

Das effiziente Herstellen von nano- und mikrometergroßen Strukturen stellt heutzutage eine der größten technischen Herausforderungen beim Erschließen neuer maßgeschneiderter Oberflächenfunktionalitäten dar. Etablierte Herstellungsverfahren wie Elektronenstrahllithographie oder direktschreibende Laserverfahren sind entweder zu kosten- und zeitintensiv oder erlauben nur geringe Strukturauflösungen.

Messe-Exponat: Kompakte Anlage zum direkten Laserinterferenzstrukturieren von Oberflächen (© Fraunhofer IWS Dresden)

Messe-Exponat: Kompakte Anlage zum direkten Laserinterferenzstrukturieren von Oberflächen (© Fraunhofer IWS Dresden)

Demgegenüber stellt das Direkte Laserinterferenzstrukturieren (Direct Laser Interference Patterning, DLIP) ein flexibles und industrienahes Werkzeug zum Herstellen gezielter Oberflächentopographien für eine Vielzahl von Anwendungen bereit. Dabei wird ein kohärenter Laserstrahl in zwei oder mehr Strahlen geteilt und auf der Bauteiloberfläche kontrolliert überlagert. Der aus der Überlagerung resultierende Interferenzeffekt (d.h. periodische Modulation der Laserintensität) erlaubt das Aufbringen definierter Strukturen auf (3D-)Bauteilen.

Gleichbleibende Strukturgeometrien können mit Hilfe des DLIP-Verfahrens bereits großflächig mit Flächenraten von bis nahezu 1 qm pro Minute hergestellt werden. Das Generieren variabler Strukturgeometrien mit hohen Prozessgeschwindigkeiten ist hingegen eine technische Herausforderung, die die Entwicklung moderner Lösungskonzepte erfordert.

Kompakte Anlage revolutioniert Oberflächenfunktionalisierung

Erstmalig ist es dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS nach eigenen Angaben gelungen, einen Strukturierungsprozess innerhalb einer sehr kompakten Anlage zu entwickeln, mit dem diese variablen Strukturen in kurzen Prozesszeiten realisiert werden können. Die Lösung ist die Kombination eines DLIP-Bearbeitungskopfs mit einem Galvanometer-Scannersystem.

Dekoratives Merkmal „Fraunhofer IWS“ auf Löffel (© Fraunhofer IWS Dresden)

Dekoratives Merkmal „Fraunhofer IWS“ auf Löffel (© Fraunhofer IWS Dresden)

Mit dem System sind Mikrometerstrukturen in einem Bereich zwischen 2 μm und 5 μm nahezu stufenlos herstellbar. Damit können beispielsweise Produktschutzhologramme „on-the-fly“ direkt auf Oberflächen von Metallen, Polymeren, Keramiken und Beschichtungen aufgebracht werden.

Hohe Prozessgeschwindigkeit

Kommt ein DLIP-Galvanometer-Scannersystem zur Anwendung, wird eine Vervielfachung der Prozessgeschwindigkeit im Vergleich zu linearachsbasierten Strukturierungssystemen realisiert. Möglich macht das die geringere Systemträgheit, die deutlich kürzere Prozesszeiten gestattet, eine höhere Flexibilität in der Strukturerzeugung bringt und damit einen deutlichen Zugewinn an Wettbewerbsfähigkeit.

Die erzielbaren Funktionalitäten lassen sich u. a. zur Verbesserung der Biokompatibilität in Medizin und Biotechnologie einsetzen, für tribologische Anwendungen in der Automobilindustrie oder auch für optische Anwendungen wie dem Produkt- und Markenschutz. Das Fraunhofer IWS Dresden entwickelt modular aufgebaute Lösungen zur Oberflächenfunktionalisierung durch gezieltes und flexibles Aufbringen von Mikrometer- und Submikrometerstrukturen. (kk)

Die weltweit kompakteste Anlage zum Oberflächenfunktionalisieren mittels Scanner-basierten Direkten Laserinterferenzverfahren präsentiert das Fraunhofer IWS Dresden erstmals auf der Messe Laser World of Photonics in München in Halle A2, am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand A2.431.

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