Funktionalisieren mit Laserinterferenz

Das effiziente Herstellen von nano- und mikrometergroßen Strukturen ist heutzutage eine der größten technischen Herausforderungen beim Erschließen neuer maßgeschneiderter Oberflächenfunktionalitäten. Etablierte Herstellverfahren wie Elektronenstrahllithographie oder direktschreibende Laserverfahren sind entweder zu kosten- und zeitintensiv oder erlauben nur geringe Strukturauflösungen. Dem gegenüber ist das Direkte Laserinterferenzstrukturieren (engl.: Direct Laser Interference Patterning – DLIP) ein flexibles und industrienahes Werkzeug, mit dem sich gezielte Oberflächentopographien für eine Vielzahl von Anwendungen herstellen lassen.

Beim direkten Laserinterferenzstrukturieren wird ein kohärenter Laserstrahl in zwei oder mehr Strahlen geteilt und auf der Bauteiloberfläche kontrolliert überlagert. Der aus der Überlagerung resultierende Interferenzeffekt, also eine periodische Modulation der Laserintensität, erlaubt das Aufbringen definierter Strukturen auf (3D-)Bauteilen. Gleichbleibende Strukturgeometrien können mit Hilfe des DLIP-Verfahrens bereits großflächig mit Flächenraten von bis nahezu 1 m² min-1 hergestellt werden. Das Generieren variabler Strukturgeometrien mit hohen Prozessgeschwindigkeiten ist hingegen eine technische Herausforderung, welche die Entwicklung moderner Lösungskonzepte erfordert.

Erstmalig ist es dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden gelungen, einen Strukturierungsprozess innerhalb einer sehr kompakten Anlage zu entwickeln, mit dem diese variablen Strukturen in kurzen Prozesszeiten realisiert werden können. Die Lösung ist die Kombination eines DLIP-Bearbeitungskopfes mit einem Galvanometer-Scannersystem. Mit dem System sind Mikrometerstrukturen in einem Bereich zwischen 2 µm und 5 µm nahezu stufenlos herstellbar. Damit können beispielsweise Produktschutzhologramme „on-the-fly“ direkt auf Oberflächen von Metallen, Polymeren, Keramiken und Beschichtungen aufgebracht werden.

Kommt ein DLIP-Galvanometer-Scannersystem zur Anwendung, ist ein Vilefaches des Prozessgeschwindigkeit im Vergleich zu linearachsbasierten Strukturierungssystemen zu erreichen. Das ermöglicht die geringere Systemträgheit. Das gestattet deutlich kürzere Prozesszeiten, eine höhere Flexibilität in der Strukturerzeugung und damit einen deutlichen Zugewinn an Wettbewerbsfähigkeit – eine Revolution im Bereich der Oberflächenfunktionalisierung.

Das Fraunhofer IWS präsentiert die Anlage erstmals auf der Laser World of Photonics, vom 26. bis 29. Juni in München, in Halle A2, an Stand A2.431.