Lasergestütztes Mikro-Umformen mit Saphirwerkzeugen
Das Prinzip der Umformexperimente: Laserstrahlung erwärmt das Material durch den Saphirstempel hindurch, um das Werkstück formbarer zu machen.
Mit Hilfe der Laserstrahlung ist es möglich, Mikrobauteile aus Metall mit Saphirstempeln umzuformen. Das Hauptanwendungsfeld für Mikro-Umformprozesse sind Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS), Medizintechnik, Sensorik und die chemische Industrie.
Die Miniaturisierung bei laserunterstützten Umformprozessen ist Gegenstand eines Forschungsprojektes, das zur Zeit am Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) durchgeführt wird. Mit Hilfe der Laserstrahlung ist es möglich, Mikrobauteile aus Metall mit Saphirstempeln umzuformen.
Das Prinzip der Umformexperimente ist wie folgt: Laserstrahlung mit 802 nm wird über eine Faser durch den strukturierten Saphirstempel geleitet. Dadurch wird das zu verformende Werkstück erwärmt und aufgeweicht und es wird formbarer gemacht. Nach beziehungsweise während des Erwärmungsvorganges wird der Saphirstempel in das Material gepresst, um die gewünschte Struktur in dem Metall zu erhalten.
Werkzeuge aus Saphir sind für das „Mikro-Umformen“ hervorragend geeignet. Sie kombinieren die notwendige Transparenz für die Laserstrahlung (280 nm) mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften. Saphir hat außerdem einen Schmelzpunkt von circa 1000 K über dem von Stahl. Saphirstempel können mittels UV-Lasern mit einer Auflösung von einigen Mikrometern strukturiert werden.
Das Hauptanwendungsfeld für Mikro-Umformprozesse sind Mikro-Elektro-Mechanische Systeme (MEMS), Medizintechnik, Sensorik und die chemische Industrie. Mit Saphirstempeln können u. a. Mikrofedern, -schrauben, -stifte, -zahnräder etc. für Handys, Medizinimplantate, Mikropumpen, Filter oder Airbagsensoren hergestellt werden.
Diese Werkzeuge sollen Schritt für Schritt miniaturisiert werden, um so auftauchende Größeneffekte, wie z.B. den Einfluss der Korngrößen des Materials oder die Oberflächenrauhigkeit des Saphirstempels auf die geprägte Struktur zu untersuchen. Das Projekt wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.
Kontakt:
Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH)
Michael Botts
Hollerithallee 8
D-30419 Hannover
Tel.: +49 511 2788-151
Fax: +49 511 2788-100
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