Mit Drucker und Laser 19.03.2013, 14:41 Uhr

Neue Beschichtungstechnik spart Kosten

Hauchdünne Funktionsschichten schützen vor Verschleiß oder Schmutz. Fraunhofer-Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das auch bei empfindlichen Werkstoffen funktioniert.

Beschichtete Lager- und Motorkomponente.

Beschichtete Lager- und Motorkomponente.

Foto: Fraunhoger ILT, Aachen/Volker Lannert

Eine neue Technik, mit der sich Bauteile aus beinahe beliebigen Werkstoffen preiswert und schnell mit Funktionsschichten überziehen lassen, haben sich Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik (ILT) in Aachen gemeinsam mit Automobilzulieferern und  Elektronikunternehmen einfallen lassen. Sie funktioniert in zwei Schritten: Zunächst wird eine Schicht aufgebracht, etwa mit einem Druckverfahren. Diese hat noch nicht die gewünschte Funktion wie Leitfähigkeit oder Härte. Erst durch den Beschuss mit einem fokussierten Laserstrahl, der blitzschnell über die Oberfläche huscht, lassen sich die gewünschten Funktionen aktivieren, feine Leiterbahnen etwa oder auch ganze Flächen. Weil der Laserstrahl nur Sekundenbruchteile an einer Stelle wirkt, ist die thermische Belastung des Untergrunds gering. Verglichen mit Beschichtungen bei hohen Temperaturen spart die ILT-Technik Energie.

Die kombinierte Druck- und Lasertechnik lässt sich wegen des geringen Zeitaufwands, den sie beansprucht, in Produktionsanlagen integrieren, in denen Bauteile verschiedene Bearbeitungsstationen durchlaufen. So lassen sich feinste Leiterbahnen auf Glas-, Silizium- oder Kunststoffsubstraten genauso gut erzeugen wie keramische Verschleißschutz- und Korrosionsschichten aus Zirkoniumdioxid auf gehärtetem Stahl.

Das ILT-Verfahren hat eine große Zukunft, denn der Bedarf an Beschichtungen ist gigantisch. Entwicklungsingenieure haben stets das Ziel, Schrauben, Bohrer oder Teile von Motoren aus preiswertem, nicht sonderlich haltbarem Material herzustellen. Dennoch soll es hoch belastbar sein. Die Lösung: Dort, wo Kräfte angreifen, an der Spitze eines Bohrers beispielsweise, wird eine extrem harte Beschichtung aus einem sehr teuren Werkstoff aufgebracht. Da sie hauchdünn ist, fällt der hohe Preis des Materials nicht sonderlich auf.

Wie bisher beschichtet wird

Unzählige Materialien werden mit Schichten überzogen, die bestimmte Funktionen haben. Sie leiten elektrischen Strom, weisen Schmutz ab, verhindern, dass Scheiben von übermütigen Jugendlichen zerkratzt werden oder schützen ganz einfach vor Verschleiß. Ein altbewährtes Mittel. Doch die heute genutzten Anlagen etwa zur Vakuumbeschichtung sind sehr teuer. Außerdem lassen sie sich nur schlecht in einen Produktionsprozess einbauen, weil chargenweise beschichtet wird. Dutzende oder gar hunderte Bauteile werden für eine gewisse Zeit in eine Vakuumkammer eingesperrt, in der sie die gewünschte Beschichtung erhalten.

Preiswertere Techniken wie Galvanisieren belasten die Umwelt und sind nur für Werkstoffe geeignet, die Strom leiten. Andere Verfahren funktionieren nur bei höheren Temperaturen, die beispielsweise Kunststoffe nicht aushalten.

Die Fraunhofer Forscher präsentieren verschiedene laserbeschichtete Werkstücke auf der Hannover Messe, die am 8. April beginnt.

Von Wofgang Kempkens
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