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Laser assisted chemical micro-machining and replication

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Lasers für wirtschaftliche und schnelle Ätzprozesse

Chemische Ätzprozesse werden zur Herstellung extrem präziser Komponenten angewendet, die mit herkömmlichen Produktionstechniken nur schwer herzustellen wären. In diesem Projekt wurde eine neuartige Flüssigphasen-Ätzzelle und ein Prozess entwickelt, die für den Einsatz in der thermomechanischen Laser-Oberflächenbearbeitung von Metallen und Metalllegierungen vorgesehen sind. Für diesen flexiblen und kostengünstigen lasergestützten Flüssigphasen-Ätzprozess können sich bedeutende Anwendungen in der Mikrofabrikation von Strukturen ergeben, wie sie beispielsweise in elektromagnetischen Bauelementen und Halbleitern zu finden sind.

Industrielle Technologien

Seit Erscheinen der Mikrotechnologien steigt die Notwendigkeit zur Entwicklung fortschrittlicher Technologien und Prozesse auf dem Gebiet der Mikrofabrikation stetig. Insbesondere die Herstellung von extrem präzisen Mikrokomponenten war bislang nur mit sehr hohem Kostenaufwans zu bewerkstelligen, da hierfür noch immer extrem kostspielige Anlagen benötigt werden. Aus diesem Grund wird gegenwärtig versucht, Mikrofabrikationstechnologien für groß angelegte Entwicklungen von verschiedenen mikroelektromechanischen Systemen wie z.B. Sensors und Aktoren oder auch für Anwendungen in der integrierten Optik nutzbar zu machen. Um dieses Problem anzugehen, wurden in diesem von der EU finanzierten Projekt chemische Ätztechniken untersucht, die wegen ihrer großen Vorzüge in vielen Industriezweigen angewandt werden. Dazu zählen ihre exzellente Präzision, ihre Reproduzierbarkeit, ihre geringen Kosten und die Fähigkeit zur Verarbeitung von Werkstoffen mit fortschrittlichen Eigenschaften und extermer Haltbarkeit und Zuverlässigkeit. So entstanden in diesem Projekt eine Flüssigphasen-Ätzzelle und ein Prozess zur thermomechanischen Laser-Oberflächenbearbeitung von Metallen und Metalllegierungen. Die entwickelte Flüssigphasen-Ätzzelle besteht aus einer Düsenbaugruppe und einem Behälter, die über Elastomer-Faltenbälge miteinander verbunden sind. Ohne dass der Laserstrahl die Ätzflüssigkeit schneidet, kann die Zelle in Fällen eine Koaxialinjektion sowohl für reaktive als auch nicht reaktive Flüssigkeiten verwendet werden. Sie bietet über einen weiten Verarbeitungsbereich konstante Durchflussmengen, einen effizienten Massentransport sowie eine wirksame Kühlung und ist in der Laserverarbeitung anwendbar, die eine erhöhte Qualität und Reproduzierbarkeit bietet. Der Einsatz der neuartigen Ätzzelle unter Verwendung der neu entwickelten Flüssigkeiten ermöglicht eine bedeutende Oprimierung des lasergestützten chemischen Ätzprozesses. Nachgewiesen wurde dies mit Hilfe eines Nd:YAG-Lasers zur Bearbeitung temperaturempfindlicher, superelastischer NiTi-Legierungen, wobei das bearbeitete Material erheblich verbesserte Eigenschaften zeigte, darunter auch eine Verbesserung der Oberflächenrauhigkeit. Dieser ebenso wirtschaftliche wie präzise Prozess hat das Potential, zu einer praktikablen technischen Lösung für drängende Probleme in vielen verschiedenen Industriezweigen zu werden, und das auch in der Kleinserienproduktion.

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