Plattform für laserbasierte Technologie beschleunigt die Entwicklung funktionaler Oberflächen
Biologisch inspirierte Oberflächenstrukturen bieten ein erhebliches kommerzielles Potenzial für die Gestaltung funktionalisierter Oberflächen, die den Anforderungen der Industriemärkte entsprechen. Oberflächen mit kontrollierten topografischen Merkmalen können zu Produkten mit besonderen Funktionen wie antibakteriellen, selbstreinigenden Eigenschaften, Reibungsreduzierung und optischen Sicherheitsfunktionen führen. Gegenwärtig kommt es vor allem darauf an, sie zu niedrigen Kosten und in großen Mengen produzieren zu können. Die Entwicklung leistungsstarker Ultrakurzpuls-Laserquellen soll nun dafür sorgen, dass dieser steigende Bedarf an wirtschaftlichen Produkten mit neuartigen Oberflächeneigenschaften gedeckt wird.
Hoher Durchsatz
Mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts LAMPAS gelang es einem Forschungsteam, die Zielparameter eines ultraschnellen Lasersystems der Kilowatt-Klasse zu erreichen. Der entwickelte gepulste Laser übertraf die durchschnittliche optische Leistung von 1,5 kW und wurde in Testversuchen mit einer Spitzenleistung im Gigawatt-Maßstab betrieben. Bei einer Nahinfrarot-Wellenlänge von 1 μm wies der Laser eine Strahlqualität im Grundmodus auf. Des Weiteren wird das Team ein Demonstratorsystem in eine Maschine integrieren, die für die industrielle Lasermikrobearbeitung größerer Flächen im Quadratmeterbereich vorgesehen ist. Der Laser wurde im Oktober 2021 auf der Advanced Solid State Lasers Conference vom Projektteilnehmer TRUMPF, einem Maschinenbauunternehmen, vorgestellt. Das in Deutschland ansässige Unternehmen ist einer der weltweit größten Anbieter von Werkzeugmaschinen. Laut einer auf der Website von „Photonics Media“ veröffentlichten Pressemitteilung „arbeitete das System mit einer Durchschnittsleistung von 300 W, gefolgt von einer Verstärkerstufe, in der ein Dünnscheibenlaser genutzt wurde, um eine mehr als fünffache Verstärkung zu erzielen“. „Das kompakte und effiziente Multipass-Dünnscheibenlaser-Verstärkermodul ist ein technologischer Durchbruch in Sachen Robustheit“, heißt es in der neuen Mitteilung. „Durch die große Fläche der Scheibe lassen sich extreme Spitzenleistungen erzeugen, ohne dass eine temporäre Nachverdichtung der Pulse erforderlich ist, deren Dauer über das Frontend auf 3 bis 10 ps eingestellt werden kann. Eine schmale spektrale Bandbreite unter 1 nm, die ideal für die direkte Laserinterferenzstrukturierung ist. Die lineare Verstärkerkette ermöglicht dabei eine hohe Flexibilität, einschließlich Burst-Funktion, sowie die volle Durchschnittsleistung von 1,5 kW über einen weiten Bereich von Wiederholraten zwischen 375 kHz und 5 MHz, die mit schnellen Scannern kompatibel sind.“
Kostengünstige Produktion
Die verbesserte Produktivität des Lasers sollte eine deutliche Senkung der Bearbeitungskosten pro Teil bewirken. Dadurch werden nicht nur neue Anwendungen finanziell realisierbar, auch die Produktion funktionalisierter Oberflächen für Anwendungen wird auf diese Weise angekurbelt. Dazu gehören Haushaltsgeräte, pharmazeutische Verpackungen, Industriemaschinen, medizinische Implantate und Instrumente, Lebensmittelverarbeitungsanlagen, Sportartikel, Möbeldekore und Energiespeicher. Ziel von LAMPAS (High throughput Laser structuring with Multiscale Periodic feature sizes for Advanced Surface Functionalities) ist es, das Potenzial der Laserstrukturierung für die Gestaltung neu funktionalisierter Oberflächen zu erhöhen und damit die Effizienz, Flexibilität und Produktivität des Verfahrens zu steigern. So können Oberflächen zum Beispiel mit Dekoren und fälschungssicheren Markierungen sowie mit fingerabdruckabweisenden, antibakteriellen, pflegeleichten, reibungsvermindernden, vereisungsresistenten und bewuchshemmenden Eigenschaften versehen werden. Letztendlich soll das Projekt der europäischen Industrie eine preiswerte und robuste Technologie zur Verfügung stellen, mit der ein breites Spektrum an funktionalen Oberflächen geschaffen werden kann. Das Projekt endet im Juni 2022. Weitere Informationen: LAMPAS-Projektwebsite
Schlüsselbegriffe
LAMPAS, Laser, Oberfläche, funktionale Oberfläche, Verstärker
