PIKOFLAT

System- und Verfahrenstechnik zur Großflächenstrukturierung mit Hochleistungs-Pikosekundenlasern

PIKOFLAT EyecatcherLaserabtragsverfahren, bei denen über ein flächiges Abscannen und Verdampfen/Schmelzen des Werkstoffes dreidimensionale Mikrostrukturen erzeugt werden, zeichnen sich durch ein Höchstmaß an Flexibilität und Einsetzbarkeit für unterschiedlichste Werkstoffe aus. Diese Technik hat sich allerdings bisher nur für kleine Abtragsvolumina, z.B. in der Mikrowerkzeugtechnik oder in der Drucktechnik bei Kunststoffdruckwalzen bzw. speziellen Beschichtungen etabliert.

Ziel des Projekts Pikoflat ist es deshalb, durch die Entwicklung eines Hochleistungsleistungs-Pikosekundenlasers im Leistungsbereich bis 400 W, die Laserabtragstechnik auch für die Strukturierung großer Bauteile aus beinahe beliebigen Werkstoffen nutzbar zu machen. Zusammen mit einer neuen Maschinen- und Verfahrenstechnik sollen dabei die folgenden Bearbeitungsparameter erreicht werden:

  • Abtragsrate > 20 mm³/min
  • Abtragsgeometrie < 10 µm
  • Abtragsgenauigkeit < 2 µm
  • Bearbeitbarkeit unterschiedlicher Werkstoffe, wie Stahl, Keramik etc.

Um diese Parameter zu erreichen, werden im Rahmen des Projektes die Grundlagen für eine Pikosekunden-Laserstrahlquelle im Leistungsbereich bis 400 W bei Repetitionsraten bis 20 MHz. Neben der Lasertechnik werden für den Präzisionsabtrag die nötigen maschinentechnischen Komponenten untersucht und qualifiziert. Hierbei liegt der Schwerpunkt vor allem auf einer schnellen Scantechnik, um die hohen Repetitionsraten mit hoher Genauigkeit auf dem Werkstück zu platzieren. Verbunden damit sind softwaretechnische Lösungen für die flächige Bearbeitung auch großer Werkstücke mit mikroskaligen Strukturen. Als Basis für die lasertechnischen und maschinentechnischen Arbeiten dienen grundlegende Untersuchungen zum Abtragsprozess bei hohen Repetitionsraten und hohen mittleren Laserleistungen. Hier werden vor allem neue Abtrags- und Scanstrategien untersucht, um die gewünschten Genauigkeiten und Flächenraten zu erzielen.

Die Arbeiten zu den Strahlquellen und der Verfahrenstechnik gliedern sich ein in ein Gesamtkonzept einer Verfahrens- und Maschinentechnik zum Großflächenabtrag mit Piksoekunden-Laserstrahlung. Mit dem aufgestellten Konsortium soll eine industrielle Qualifizierung des Lasersystems sowie der Komponenten und Software anhand zweier Demonstratormaschinen zur Walzenstrukturierung und zur Werkzeugherstellung erfolgen. Mit diesen maschinentechnischen Konzepten werden im Rahmen des Projektes beispielhaft die folgenden Anwendungssegmente adressiert:

  • Strukturierung von Spritzguss-Werkzeugen zur Erzeugung dekorativer und haptischer Oberflächen
  • Strukturierung großflächiger dreidimensionaler Abformwerkzeuge, z.B. Prägeformen für Kunststoffbauteile
  • Strukturierung von Prägewalzen aus Stahl

Ansprechpartner

Dr. Arnold Gillner
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
Steinbachstr. 15
52074 Aachen
Tel. (0241) 8906-148
Fax (0241) 8906-121
E-Mail: arnold.gillner@ilt.fraunhofer.de

Projektpartner

Edgeware GmbH
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik
Lumera Laser GmbH
Sauer Lasertech GmbH
Saueressig GmbH & Co. KG
Schepers GmbH