Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung

Aufgrund der sehr kurzen Licht-Materie-Wechselwirkungszeiten und der hohen Intensitäten wird durch den Einsatz von ultrakurz gepulster (UKP) Laserstrahlung die präzise und nahezu materialunabhängige Lasermaterialbearbeitung bei vernachlässigbarem Wärmeeintrag in das Werkstück ermöglicht. So können auch schwer zu verarbeitenden Werkstoffen wie Carbide, Keramiken und Gläser hochpräzise bearbeitet werden.

Am Fraunhofer ILT werden UKP-Strahlquellen entwickelt, die anwendungsspezifisch optimierte Wellenlängen, Leistungen oder Pulsfrequenzen zur Verfügung stellen. UKP Laserstrahlung wird zum Strukturieren von Oberflächen, das Bohren und Schneiden von Präzisionsbauteilen oder dem selektiven Dünnschichtabtrag genutzt. Durch unterschiedliche Prozesse lassen sich hier beispielsweise präzise Bohrdurchmesser im Mikrometerbereich oder besonders hohe Bohrraten realisieren. Durch den geringen Wärmeeintrag, und die damit verbundene Vermeidung von Schmelzfilmen, können Strukturgrößen bis in den Sub-Mikrometerbereich realisiert werden. Zudem können Materialverbünde wie kohlefaserverstärkte Werkstoffe ohne Verschleiß des Werkzeugs und mit geringem Wärmeeintrag in das Matrixmaterial bearbeitet werden. Die Entwicklung von Hochleistungs-UKP-Llaser mit mittleren Leistungen bis in den Multi-Kilowatt-Bereich ermöglicht dabei die entwickelten Prozesse zu skalieren und dadurch die Bearbeitungsdauer signifikant zu reduzieren.

Das Leistungsangebot des Fraunhofer ILT umfasst Machbarkeitsstudien, experimentelle Untersuchungen, Simulationen, Entwicklung von Systemkomponenten, Validierung von Anlagenkonzepten bis hin zur Umsetzung von Maschinenkonzepten.

Laserstrahlabtragen

• Schmelzarme Ablation einer Vielzahl von Materialien (Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Gläser, Verbundstoffe) mit hoher Präzision
• Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen
• Herstellung funktionaler Oberflächen zur Änderung der Benetzbarkeit, des Reibverhaltens und optischer Eigenschaften
• Strukturgrößen < 1 μm bei Oberflächengenauigkeiten < 200 nm

Laserstrahlbohren

• Präzisionsbohren mit Durchmessern > 30 μm bei Bohrtiefen bis zu 2 mm
• Mikrobohren mit Bohrdurchmessern < 1 µm

3D-Volumenstrukturierung

• Herstellung von Wellenleitern in transparenten Materialien
• Mikrostrukturierung durch selektives Ätzen

Multiphotonenpolymerisation

• Herstellung von dreidimensionalen Polymermikrostrukturen mit lateralen Auflösungen < 1 µm

Verfügbare Lasersysteme

• Pikosekundenlaser (λ = 355 nm, 532 nm, 1064 nm) bis P = 50 W, τ = 10 - 15 ps
• Femtosekundenlaser (λ = 470 - 2700 nm) bis P = 1,5 W, τ = 100 fs und (λ = 1030 nm) bis P = 150 W, τ = 700 fs - 10 ps

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