Die präzise Bearbeitung von Werkstücken im Mikro- bzw. Nanometerbereich gewinnt in unserer kompakten, miniaturisierten Technikwelt immer mehr an Bedeutung. Den Anforderungen dieser Technologie genügen nur wenige physikalische Verfahren. Eines davon ist die Lasermaterialbearbeitung. Sie bietet die Möglichkeit, Bauteile im µm- und teilweise im nm-Bereich zu modifizieren, abzutragen oder generieren zu können. Vor allem die Lasermikromaterialbearbeitung ist eine Kernkompetenz des LHM mit mehrjähriger Erfahrung.
Das am LHM entwickelte Lasermikrosintern ist eine Modifikation des kommerziell eingesetzten selektiven Laserschmelzens (SLM). Dabei werden metallische oder keramische pulverförmige Ausgangsstoffe schichtweise auf eine absenkbare Plattform aufgetragen. Die einzelnen Schichten werden durch die Laserstrahlung selektiv aufgeschmolzen und miteinander versintert. Mit Hilfe des Verfahrens können additiv gefertigte Mikrobauteile oder makroskopische Körper mit Mikrofeatures hergestellt werden.
Die Lasermikrostrukturierung ist ein kontaktloses und verschleißfreies Verfahren, das von der hochpräzisen Oberflächenstrukturierung bis hin zur definierten Herstellung dreidimensionaler Bauelemente mit Strukturauflösungen bis in den sub-µm-Bereich Anwendung findet. Je nach Anforderung stehen Lasersysteme verschiedener Wellenlänge und Pulsdauer zur Verfügung, so dass auch die Bearbeitung von besonders harten sowie transparenten Materialien bei minimaler thermischer Bauteilbelastung möglich ist.
Das am LHM entwickelte Lasermikrosintern, der schichtweise Aufbau von Mikrobauteilen aus pulverförmigen metallischen und keramischen Ausgangsstoffen, wird als Selektives Lasermikroschmelzen (Mikro-SLM) mit deutlich höheren Baugeschwindigkeiten zum Produktionsverfahren weiterentwickelt. Unter Verwendung von hochdynamischen Galvanometer- bzw. Polygonspiegelscannern, ultraschneller Schichterzeugung und Lasern hoher mittlerer Leistung sollen unter Beibehaltung der hohen Auflösung Bauraten von größer 1.000 mm3/h erreicht werden.
Micro Cladding (Mikropulverauftragschweißen, Micro Laser Cladding) ist eine Modifikation des klassischen Laser-Pulver-Auftragschweißens zum flexiblen Generieren von Mikrostrukturen auf beliebig gekrümmten Oberflächen. Möglichkeiten zum Einsatz des Rapid-Micro-Verfahrens bieten sich vor allem in der Mikrosystemtechnik, z. B. zur Mikrostrukturierung und Texturierung von Oberflächen, bei der Reparatur bzw. Maßkorrektur von Mikroteilen oder beim Rapid-Microtooling.
Das Lasermikroschneiden ist ein hochpräzises Trennverfahren. Es wird für die Bearbeitung von dünnen Folien und Blechen mit Dicken von bis zu 100 µm, z. B. zur Herstellung von Masken, Blenden, Distanz- und Abdeckfolien, eingesetzt. Durch die Verwendung von Ultrakurzpulslasern werden wärmebeeinflusste Materialveränderungen nahezu vermieden. So können Strukturgrößen im Bereich weniger Mikrometer hergestellt werden. Der Schnittspalt hat in der Regel eine Breite unter 10 µm in Abhängigkeit des Strahldurchmessers des eingesetzten Lasers.
Das Verfahren des Laserstrahlbohrens ermöglicht die lateral hochaufgelöste Einbringung von Bohrungen mit herausragender Tiefendiskriminierung. Die exakte Steuerung der Prozess- und Bearbeitungsparameter sind Garant der hohen Flexibilität hinsichtlich der realisierbaren Bohrungsdurchmesser und der Variabilität der bearbeitbaren Materialien. Durch die Verwendung von Laserstrahlquellen mit Pulsdauern im ps- und fs-Bereich können thermisch bedingte Materialveränderungen minimiert und Randaufwürfe an den Kanten der Bohrungen vermieden werden.
Lasergestützte Modifikationen oberflächennaher Probenbereiche bieten in vielfältigen Bereichen die Möglichkeit, die Funktionalität von Bauteilen zu erhöhen. Durch Texturierung können die Grenzflächeneigenschaften der mit dem Laser bearbeiteten Oberflächen variiert werden. Die hierfür vielfach in Anwendung gebrachten selbstorganisierenden Strukturen bieten weiterhin die Möglichkeit der Veränderung der tribologischen Eigenschaften der Werkstückoberflächen, wie beispielsweise die Verminderung des Reibungskoeffizienten.
Mittels Innenbearbeitung können Materialien, die für die verwendete Laserwellenlänge transparent sind, wie beispielsweise Gläser, Kunststoffe und Wafer bearbeitet werden. Mit Hilfe von hochintensiven ultrakurzen Laserpulsen und dem Einsatz von Mikroskopobjektiven entstehen durch nichtlineare Absorptionsmechanismen im Inneren Mikromaterialzerstörungen. Dies ermöglicht z. B. eine Modifikation im Material, das Trennen von Wafern, das Herauslösen von 3D-Teilen aus dem Materialvolumen oder das Verschweißen von transparenten Materialien.
Beim LIFT-Verfahren (Laser Induced Forward Transfer) wird eine metallische Schicht selektiv mittels stark fokussierter Laserstrahlung von einem Trägermaterial auf ein Empfängersubstrat übertragen. Mit Fokusradien < 3 µm ist es z. B. möglich, aus dünnen metallischen Schichten einzelne Schmelztröpfchen von nur einigen 100 nm Durchmesser zu übertragen. Dieses Verfahren bietet das Potential zur flexiblen Metallisierung und Funktionalisierung von sensiblen funktionalen Oberflächen mit Strukturgrößen von nur wenigen Mikrometern.