Laserstrukturieren

Das Laserstrukturieren ist ein Verfahren zur Funktionalisierung von Bauteiloberflächen. Mit der Funktionalisierung werden die optischen, mechanischen, haptischen und biologischen Eigenschaften des Bauteils entsprechend der gewünschten Nutzung verändert.
 

Veränderte Bauteileigenschaften durch Oberflächenfunktionalisierung

Die Anwendungsfelder sind vielfältig: So erscheinen beispielsweise Kunststoffoberflächen im Automobil griffiger und wertiger, wenn sie mit Mikrostrukturen versehen sind. Bei Triebwerkskomponenten verringert sich mit der richtigen Oberflächenbearbeitung deren Reibung und damit der Luftwiderstand. Wasserabweisende Eigenschaften findet sich heute auf Lacken ebenso wie auf Textilien. Für metallische Bauteile, etwa bei Instrumenten in der Medizintechnik, wird dieser »Lotuseffekt« durch das Einbringen einer periodischen Struktur mittels (Ultra-)Kurzpulslaser erzielt. Und auch der gegenteilige Effekt lässt sich durch Mikro- und Nanostrukturen in der Oberfläche erzielen: Hydrophile Oberflächen, wie sie unter anderem in Tanks oder bei bestimmten Optiken zu finden sind, saugen Wasser regelrecht an und transportieren die Flüssigkeit in die gewünschte Richtung.

Umfangreiche Anlagentechnik zum Laserstrukturieren

Wir sind am Fraunhofer IPT in der Lage, Mikro- und Nanostrukturen reproduzierbar selbst auf komplex geformten Oberflächen von Glas-, Metall- und Kunststoffbauteilen einzubringen. Zur Herstellung der Strukturen nutzen wir konventionelle 5-Achs-Anlagen, in die wir (Ultra-)Kurzpulslaser integrieren.

Für besonders große Objekte kommt unser Robotersystem MIRA zum Einsatz. Mit MIRA können wir auch bei sehr großen und komplexen Bauteilen Strukturen von höchster Qualität erzeugen. Um systembedingte Ungenauigkeiten des Roboters auszugleichen, haben wir einen intelligenten Laserstrukturierkopf entwickelt, der Positionsabweichungen automatisch erkennt und eigenständig korrigiert.

Unsere Leistungen im Überblick

  • Entwicklung von funktionsorientierten Nano- und Mikrostrukturen
  • Oberflächenstrukturieren komplex geformter Bauteile
  • Individuelle Beratung zum Einsatz des Laserstrukturierens
  • Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudien
  • Anpassung des Prozesses an bestehende Fertigungsumgebungen
  • Prototypische Fertigung von Oberflächenstrukturen

Anwendungsbeispiele

 

Hybride Komponenten für den Leichtbau

Im stationären oder kontinuierlichen Heißverpressen lassen sich laserstrukturierte Metalle mit Faserverbundmaterialien kraftschlüssig verbinden.

Tribologische Eigenschaften

Durch Mikrostrukturen, die wir mit dem Laser in Bauteiloberflächen einbringen, erhöhen oder minimieren wir gezielt die tribologische Beanspruchung und verbessern den nachhaltigen Einsatz von Kühl- oder Schmierstoffen.

Hochwertige Haptik

Die Mikrostruktur einer Oberfläche bestimmt, wie diese sich anfühlt. Mit dem Laser strukturieren wir Oberflächen, um die gewünschten haptischen Eigenschaften zu erzielen.

Zellwachstum steuern in der Biomedizin

Indem wir Mikro-und Nanostrukturen auf Werkstoffoberflächen einbringen, beeinflussen wir das Verhalten von Zellen und Bakterien: Zellwachstum wird je nach Struktur verhindert oder gefördert, und sogar die Differenzierung von Stammzellen können wir mit ihnen steuern.

Benetzbarkeit und Fluiddynamik

Mit Mikro- und Nanostrukturen verändern wir die Benetzungseigenschaften von Oberflächen und schaffen hydrophile sowie hydrophobe Bereiche. Kleinste Kapillarstrukturen gewährleisten darüber hinaus einen gerichteten, passiven Flüssigkeitstransport.

Design und Optik

Durch das Laserstrukturieren beeinflussen wir die ästhetischen und visuellen Eigenschaften von Bauteiloberflächen. Mit dem Laser können wir nahezu beliebige Designmuster präzise fertigen.

Bearbeitung von Diamantoberflächen

Diamant lässt sich mit konventionellen Verfahren kaum bearbeiten. Durch Laserstrukturierung wandeln wir den Werkstoff gezielt in Graphit um und ermöglichen eine hohe Materialabtragrate.

Laserbeschriften statt Drucken

Zur schnellen und präzisen Beschriftung von Materialien integrieren wir Lasermodule in bestehende Produktionsprozesse. Das spart Kosten für Etiketten und Tinte und erlaubt eine flexible Kennzeichnung von Produkten.

Unser Netzwerk

 

Innovationsnetzwerk InDuBi

Wir sind Mitglied im Innovationsnetzwerk InDuBi, das Netzwerk für bionisch strukturierte Oberflächen.