Mit dem Laserstrahl Mikrogreifer betätigen

Mit einem Laser können die besonderen Eigenschaften von Formgedächtnislegierungen (FGL) genutzt werden, um – zum Beispiel – Mikrogreifer zu betätigen.

Formgedächtnislegierungen (FGL) können auf Grund ihrer Eigenschaften zu nützlichen Helfern in der Mikromechanik werden. So können scheinbar plastische Verformungen allein durch Temperaturveränderungen wiederholt rückgängig gemacht werden. Diesen Effekt nennt man Einwegeffekt (EWE).

Zusätzlich kann FGL-Bauteilen – durch eine vorausgegangene thermomechanische Trainingsbehandlung – ein sogenannter Zweiwegeffekt (ZWE) eintrainiert werden, wodurch sie schließlich bei Erwärmung und Abkühlung zwei unterschiedliche Formen annehmen. Genutzt werden kann der ZWE u.a. in der Mikrosystemtechnik wie zum Beispiel für Mikrogreifer.

Die konventionellen Verfahren des ZWE-Trainings sind sehr aufwendig. Das Laser Zentrum Hannover e.V. entwickelt daher ein laserbasiertes Verfahren zur schnelleren und einfacheren Induzierung des Zweiwegeeffekts. Bei der präzisen lokalen Werkstückerwärmung mit dem Laser werden die Bearbeitungsparameter so gewählt, dass beim Abkühlen Zugeigenspannungen in der oberflächennahen Bearbeitungszone verbleiben. Auf diese Weise kann FGL-Bauteilen eine Tieftemperaturform eingeprägt werden. Eine nachfolgende Erwärmung des Bauteils führt zu einer Rückkehr in die ursprüngliche Form – die Hochtemperaturform. Diese Vorgänge sind wiederholbar, so dass derart bearbeitete FGL-Bauteile temperaturabhängig zwei unterschiedliche Formen annehmen können.
In ersten Untersuchungen ist der Zweiwegeffekt in 50 µm dicke NiTi-Folien, die bei Raumtemperatur martensitisch vorliegen, induziert worden. Hierzu sind die Folien in einen Probenhalter eingespannt und mit einem Excimerlaser senkrecht zur Folienoberfläche bestrahlt worden. Die Excimerlaserstrahlung wurde mittels einer Zylinderoptik zu einem Linienfokus geformt, so dass mit einem Puls die gesamte Folienbreite abgedeckt werden konnte. Die UV-Excimerlaserstrahlung erwärmt die Folie in einem schmalen Bereich an der Oberfläche. Auf diese Weise konnten reversible Biegewinkel von bis zu 15° erzielt werden.
Da bei dem laserbasierten Verfahren zur Induzierung des ZWE keine mechanische Belastung des Bauteils erforderlich ist, soll zusätzlich zur Zeit- und Kosteneinsparung auch eine Steigerung der Zyklenzahlen erreicht werden. Die vorgestellten Arbeiten werden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert.

Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Technologie und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

Laser Zentrum Hannover e.V.
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