Mit ultraschnell abgelenkten Laserstrahlen mikroskopisch kleine Gravuren schaffen

Durch eine Zusammenarbeit des Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) mit den Mittweidaer Firmen ACSYS Lasertechnik GmbH und MOEWE Optical Solutions GmbH wurde weltweit erstmalig eine schnelle Laser-Mikrogravur mit Polygonscanner in einer industriellen Anlage realisiert. Dadurch kann zukünftig eine größere Laserleistung genutzt werden, um den Gravierprozess weiter zu beschleunige. Diese Technologie spielt weniger bei kleinflächigen Gravuren eine Rolle als vielmehr beim Strukturieren von großen Flächen. Ein Einsatzfeld der neuen Technologie ist z.B. die Mikrogravur von Druckwalzen, wie sie bei der Frankenberger Firma Sächsische Walzengravur GmbH benötigt wird.

Ermöglicht wurde die Zusammenarbeit durch das Projekt "Holumi 3D" im branchenübergreifenden Netzwerk GRAVOmer, in dem das LHM und alle beteiligten Firmen als Mitglieder vertreten sind. GRAVOmer verknüpft das Knowhow von Technologie- und Materialentwickler:innen mit den Anwendungspotentialen von Produktentwickler:innen mit dem Ziel, funktionale Oberflächen für nahezu alle Branchen mit intelligenten Funktionen zu entwickeln.

Für die hochpräzise Mikrogravur werden vorrangig Ultrakurzpulslaserquellen genutzt. Diese erlauben den Abtrag von Material mit geringer Schmelzbildung. Durch die Wissenschaftler:innen in der Forschungsgruppe von Prof. André Streek wurden optimale Parameter gefunden, sodass eine für UKP-Laser hohe Leistung von 60 W mit einer hohen Scangeschwindigkeit von 40 m/s für die Erzeugung der Mikrostrukturen genutzt werden konnte. Diese Scangeschwindigkeit kann nur mit einem Polygonscanner, wie er am LHM entwickelt wurde, erreicht werden. In der Projektzusammenarbeit gelang es, komplexe Herausforderungen bei der Ansteuerung zu lösen und den Scanner in eine Laser-Graviermaschine für große Flächen zu integrieren, sodass am Ende die hohe Scangeschwindigkeit präzise genutzt werden kann.

Bereits vorher wurde im ZIM-Kooperationsprojekt "Patriore" von den Wissenschaftler:innen der Forschungsgruppe von Prof. Steffen Weißmantel mit der Firma ACSYS Lasertechnik GmbH eine Technologie zum Polieren von Mikrostrukturen entwickelt (Pulse Forging). Dabei kommen UKP-Laser im GHz-Burst-Modus zum Einsatz, um die Oberfläche zu glätten.

Mit einer Kombination der beiden Technologien können nun erstmals die Laser-Mikrogravur in hoher Geschwindigkeit und hoher Qualität ausgeführt und Marktanteile neu erschlossen bzw. erweitert werden. Vorteilhaft bei der Entwicklung der Technologiekombination erwies sich die enge Verbindung der beteiligten Firmen einerseits durch die örtliche Nähe und andererseits durch die enge Verknüpfung und Unterstützung mit und von der Hochschule Mittweida. Beide Firmen beschäftigen Absolvent:innen, die an der Hochschule und dem LHM ausgebildet wurden.

Das LHM nimmt bei der Forschung für die ultraschnellen Hochrate-Laserprozesse weltweit eine führende Rolle ein. Die Professoren André Streek, Udo Löschner und Steffen Weißmantel arbeiten mit den Wissenschaftler:innen ihrer Forschungsgruppen parallel an der Nutzung und Optimierung der neuen Möglichkeiten dieser Lasertechnologie.