Der Laser bringt Ultrapräzision in die Mikrofertigung
Lasertechnik erschließt der Mikroproduktion immer breitere Anwendungsfelder, wie die Münchener Messe Laser World of Photonics vom 15. bis zum 18. Juni zeigte. Fälschungssichere Mikro-Innengravuren gehörten ebenso zum Leistungsspektrum der Aussteller wie Abtragsschichten im Nanometer-Bereich, etwa für Mikrofluidik oder hocheffiziente Solartechnik. VDI nachrichten, München, 19. 6. 09, kip
Die Lasertechnik erschließt der Mikroproduktion neue Anwendungsfelder.
Foto: Werkfoto
Allerdings seien etlichen Unternehmen – etwa in der Kunststoffbranche – die Möglichkeiten moderner Lasertechnik im Mikrobereich noch gar nicht bekannt. „Mit ultrakurzen Impulsen lassen sich Werkstücke sehr rasch und hochpräzise bearbeiten“, ergänzte Kleinkes.
Als schnellen Pikosekundenlaser (1 ps = 10-12 s) für die Mikromaterialbearbeitung präsentiert Lumera Laser aus Kaiserslautern den „Hyper Rapid“. „Die Laserpulse können auf einige Mikrometer Durchmesser fokussiert werden. Jeder einzelne kontrollierbare Laserpuls trägt eine Schichtdicke von ungefähr 10 nm bis 100 nm Material kalt ab“, so Marketingdirektor Bernhard Klimt.
Ein wichtiger Vorteile der gezeigten Pikosekundenlaser sei die hohe Pulsrate von 2 Mio. Pulsen/s. Das bestimme die Wirtschaftlichkeit. Klimt: „In Industrieanwendungen, wie etwa der Photovoltaik, Halbleiterfertigung oder Mikro-Strömungstechnik, können die Produktionsingenieure jetzt erstmals jedes Material mit demselben Universallaser bearbeiten.“
Pikosekundenlaser von Trumpf ermöglicht kalte Bearbeitung mit hoher Produktivität und niedrigen Betriebskosten
Die nach eigenen Angaben leistungsstärksten kommerziellen Pikosekundenlaser stellt Trumpf auf der Laser Photonics aus. Durch den Einsatz einer technologisch hocheffizienten Kombination von Faser- und Scheibenlaser könne dieser Pikosekundenlaser eine mittlere Leistung von 50 W und mehr bei einer Pulsdauer von weniger als 10 ps und einer Pulsfrequenz von bis zu 1000 kHz liefern – bei einer Standfläche von rund 0,5 m2. „Anwender können mit dem Ultrakurzpulslaser die so genannte kalte Bearbeitung mit hoher Produktivität und niedrigen Betriebskosten durchführen“, betonte Sascha Weiler, Applikationsexperte für Mikrobearbeitung bei Trumpf Laser. Diese kalte Bearbeitung ermögliche die riss-, schmelz- und gratfreie Mikrobearbeitung von Produkten und Bauteilen – etwa aus Stahl, Silizium oder Glas – die empfindlich auf thermische Einflüsse reagieren.
Laser sind zudem zentrales Element beim Rapid-Prototyping bzw. -Manufacturing, dem schichtweisen Aufbau von Bauteilen und Werkstücken aus 3-D-CAD-Daten. „Die Bauteilauflösung wird dabei maßgeblich durch die Breite der erzeugbaren Einzelspuren bestimmt“, so Nils Weidlich, Wissenschaftler am Laser Zentrum Hannover (LZH). Diese liegt bei den herkömmlichen Verfahren zum einstufigen Laserauftragsschweißen derzeit bei etwa 200 µm. Im Rahmen des von der Europäischen Union geförderten Projekts „Manudirect – Direct ultraprecision manufacturing“ ist am LZH in Zusammenarbeit mit den EU-Partnern eine Maschinenplattform zum einstufigen Mikrolasersintern entwickelt worden, die das bisherige Auflösungsvermögen um eine ganze Größenordnung verbessert: „Die Einzelspurbreite konnte auf 20 µm bis 30 µm reduziert werden“, ergänzte Weidlich.
Lasermikrogravur: 3D-Mikromac entwickelt neues Verfahren zur Markierung von transparenten Materialien
Das gebündelte Licht eignet sich aber ebenso zur Lasermikrogravur. Hier hat 3D-Micromac, Chemnitz, ein neues Verfahren zur Markierung von transparenten Materialien entwickelt: Einen Ultrakurzpulslaser, der einen Data-Matrix-Code zur besseren Rückverfolgbarkeit von Produkten für Medizin und Pharmazie anhand unauslöschlicher ID-Codes erzeugt. Hierbei wird – anders als bei herkömmlichen Methoden – die Kennzeichnung nicht auf, sondern in das Material eingebracht.
„Damit werden sehr kontrastreiche als auch für das menschliche Auge unsichtbare 3-D-Innengravuren erzeugt, die sehr schnell sichere Rückschlüsse auf Herkunft, Abfülldatum, Charge eines Produktes erlauben,“ sagte Mandy Gebhardt, Marketingleiterin bei 3D-Micromac. Die Größen der Markierungen lägen im Bereich weniger Mikrometer bis hin zu einigen Millimetern. „Die Entfernung der Produkt-ID ist nicht möglich, eine Manipulation wird spätestens beim Auslesen des Codes festgestellt“, ergänzte Gebhardt. Zudem sei die Beschriftung vor Umwelteinflüssen geschützt, es träten keine Abnutzungserscheinungen auf und die Informationen blieben über die gesamte Lebensdauer des Produktes erhalten.
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