Das Lasermikrosintern ist ein Verfahren bei dem 3D Bauteile durch das wiederholte Auftragen und Verschmelzen von Pulverschichten erzeugt werden. Ausgehend von einem CAD-Modell erfolgt die Erzeugung der Geometrie durch das Verschmelzen des Pulvers mittels Laserstrahlung. Das Verfahren eignet sich besonders zur Fertigung von Prototypen. Durch den Einsatz von Mikro- und Nanopulvern soll die Auflösung deutlich verbessert und die Auswirkungen auf die resultierenden Materialeigenschaften des gesinterten Bauteils untersucht werden.

Das 3D-Innenkonturschneiden ist ein ultrapräzises 3D-Trennverfahren für transparente Materialien. Mittels stark fokussierter, ultrakurz gepulster Laserstrahlung werden Mikrodefekte im Material generiert. Deren definierte Anordnung erlaubt die Herausarbeitung höchstaufgelöste 3D-Körper aus dem Vollmaterial. Die Untersuchungen konzentrieren auf die Bearbeitung von biokompatiblen Kunststoff, mit dem Ziel das Verfahren für die medizinische Zwecke nutzbar zu machen.

Im Rahmen des Teilprojektes soll der Schichtabtrag mittels Ultrakurzpuls-Laserstrahlung untersucht werden. Das Ziel ist ein selektiver Schichtabtrag ohne Schädigung des Substratmaterials, die Minimierung von Verunreinigungen durch wiederabgelagertes Material und die Reduzierung der Wärmeeinflusszone. Um die Präzision des Schichtabtrags zu erhöhen sollen Strukturen mit Auflösungen von 1 µm und kleiner realisiert werden. Die Untersuchungen werden an 10 - 200 nm dicken Metall- und Legierungesschichten wie z.B. Al- und NiCr-Schichten durchgeführt, welche auf verschiedene Substratmaterialien, wie z.B. Quarzglas oder Silizium, aufgebracht werden. 

Ziel des Teilprojektes ist es, einen schnellen Mikrostrukturierungs- und Markierungsprozess auf Basis der Laserdirektstrukturierung zu entwickeln. Es soll ermöglicht werden das volle Potential einer Laserstrahlquelle auszuschöpfen und den Laserstrahl in Sekundenbruchteilen an wechselnde Bearbeitungsaufgaben anzupassen. Durch Multispotgenerierung oder Homogenisierung mittels Spatial-Light-Modulatoren (SLM) und Mikrospiegelarrays (DMDs) als programmierbare Amplitudenmasken, sollen Flachen- und Volumen-Abtragsraten in industriell relevanten Maßstäben generiert werden, auch für Laser mit geringen Repetitionsraten im < 1kHz-Bereich.

Beim PLD-Verfahren wird durch Ablation eines Festkörpertargets mittels gepulster Laserstrahlung ein Teilchenstrom im Hoch- oder Ultrahochvakuum erzeugt. Durch Kondensation der ablatierten Teilchen auf einem Substrat  können geschlossene und porenfreie Schichten mit vergleichbarer Materialdichte, wie die des Ausgangsmaterials, hergestellt werden. Mit Hilfe eines neuartigen Magnetfiltersystems soll damit die Erzeugung von partikulatfreien Mehrschichtsystemen mit Einzelschichtdicken von unter 1 nm bis zu einigen Nanometern und geringer Oberflächenrauheit realisiert werden.

Ausgehend von Grundlagenuntersuchungen, die den Zusammenhang zwischen den Laserparametern und den entstehenden Strukturen liefern, sollen komplexe Mikrostrukturen mittels ultrakurzen Laserpulsen in Stahl erzeugt werden. Dabei ist eine umfangreiche Anlagentechnik erforderlich, die es ermöglicht, dreidimensionale Abtragsgeometrien in umfangreiche Bearbeitungsprogramme umwandeln zu können. Weiterhin werden Nachbehandlungsverfahren untersucht, die zu einer Verbesserung der Ergebnisse führen sollen.

Mikrooptische Bauelemente gewinnen in der Technik,z.B. für die Datenübertragung zunehmend an Bedeutung. Aufgrund der großen Energiebandlücke stellt die Mikrostrukturierung von optischen Materialien, wie z.B. Quarzglas oder Kalziumfluorid, eine besondere Herausforderung dar. Durch den Einsatz von Fluor- und Femtosekunden-Laserstrahlung können diese sogenannten wide band gap Materialien bearbeitet werden. Ziel des Teilprojektes ist die Untersuchung und Optimierung der Bearbeitungsstrategien zur Herstellung unterschiedlicher refraktiver und diffraktiver mikrooptischer Elemente.

Die Ellispsometrie stellt eine hochpräzise Messtechnik zur Bestimmung des komplexen Brechungsindexes ñ = n + i·k dar, welche auf der Auswertung der Änderung des Polarisationszustandes elektromagenetischer Strahlung bei der Reflexion an einer Grenzfläche basiert. Durch die Verbindung des Messprinzips der Ellipsometrie mit der Pump-Probe-Messtechnik mit einer durchstimmbaren Laserstrahlquelle für ultrakurz gepulste Laserstrahlung sowie der Verwendung eines abbildenden optischen Systems, kann der komplexe Brechungsindex zeit-, orts- und spektroskopisch aufgelöst bestimmt werden.


Finanziert aus Mitteln der Europäischen Union und des Freistaates Sachsen.