Mikro- und Nanostrukturierung

Aufgrund des geringen Wärmeeintrags in Werkstücke und der hohen Strahlqualität wird gepulste, insbesondere ultrakurz gepulste (UKP), Laserstrahlung verwendet, um hochpräzise funktionelle Mikro- und Nanostrukturen zu erzeugen. Diese schonende Art der subtraktiven Lasermaterialbearbeitung lässt sich für eine Vielzahl von Prozessen nutzen, beispielsweise für das Strukturieren, Abtragen, Bohren, Schneiden oder für das selektive Dünnschichtabtragen. Im Gegensatz zu vielen mechanischen Verfahren arbeitet der Laser nahezu verschleißfrei und mit hoher Produktivität.

Um hohe mittlere Leistungen – etwa im Multi-hundert Watt-Bereich – in Abtragprozessen effizient einsetzen zu können und die Produktivität der Verfahren zu steigern, werden neue Ansätze der Laserstrahlführung erprobt und in reale Systeme umgesetzt. Bei der parallelisierten Multistrahlbearbeitung wird der eingehende Laserstrahl in mehrere Einzelstrahlen aufgeteilt. Dieses Konzept wurde am Fraunhofer ILT u. a. für Bohranwendungen in der Filter- und Siebtechnik oder für Beschichtungsmasken umgesetzt. Damit wurden bereits Bohrraten bis 12.000 Bohrungen/s mit Präzision im Mikrometerbereich erzielt. Neben der Parallelisierung von Prozessen werden Strahlformungskonzepte entwickelt, die insbesondere für die effiziente Bearbeitung von Glas, Saphir, Keramiken, Halbleitern und heterogenen Schichtsystemen notwendig sind.

Mikro- oder Nanostrukturen lassen sich z. B. in der optischen Industrie als Antireflexionsbeschichtungen oder Polarisatoren, in der Elektronik und Messtechnik als neuartige sensorische Elemente oder in der Medizin und Biotechnologie als nanoskalige Partikelfilter nutzen.

Das Leistungsangebot umfasst die Entwicklung von Verfahren und Systemen, Machbarkeitsstudien, die Simulation und Modellierung sowie individuelle Beratung.

Laserstrahlabtragen

• Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen
• Herstellung von funktionalen Oberflächen
• Selektiver Abtrag von dünnen Schichten
• Strukturgrößen < 10 μm bei Oberflächengenauigkeiten < 200 nm

Laserstrahlfeinschneiden

• Hochgeschwindigkeits-Feinschneiden mit Schnittbreiten < 20 µm
• 3D-Anwendungen
• Remote-Feinschneiden

Nanostrukturierung

• Herstellung von deterministischen periodischen Oberflächenstrukturen durch Mehrstrahl-Interferenz
• Herstellung von statistischen periodischen Oberflächenstrukturen mittels laserinduzierten Oberflächeneffekten (LIPSS, nano ripples)
• Strukturgrößen im Bereich von 100 nm - 500 nm

Laserstrahlbohren

• Präzisionsbohren mit Ø > 30 μm bei Bohrtiefen bis zu 2 mm
• Hochratebohren mit bis zu 12.000 Bohrungen/ s
• Mikrobohren mit Bohrdurchmessern < 1 µm

Hybride Verfahren zur Mikrostrukturierung

• Verwendung einer prozessbegleitenden selektiven Laserheizung zur Veränderung der Materialeigenschaften
• Replikative Erzeugung von Mikro- und Nanostrukturen durch laserunterstütztes Heißprägen

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