Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Excimerlaser-Bearbeitung: Klare Strukturen unter dem Flüssigkeitsfilm

30.08.2000


Ein Flüssigkeitsfilm auf Metall oder Keramik sorgt dafür, dass die Ergebnisse sehr viel exakter ausfallen, wenn diese Werkstoffe mit Laserstrahlen bearbeitet werden. Die Qualität kleinster Bauteile, die mit
hoher Präzision gefertigt werden müssen, ist dadurch deutlich zu steigern. An der Universität Erlangen-Nürnberg erprobt Dipl.-Ing. Stephan Roth am Lehrstuhl für Fertigungstechnologie von Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger die Möglichkeiten des dort entwickelten neuen Verfahrens, das winzige Splitter oder verwaschene Konturen, die bisher unvermeidlich waren, gar nicht erst entstehen läßt. Neben weiteren Verbesserungen der Werkstückqualität ist geplant, auch andere Materialien, speziell Kunststoffe, in die Forschungen einzubeziehen. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft hat bisher eine Fördersumme von rund 461.000 Mark bereitgestellt.

Zur Bearbeitung sehr unterschiedlicher Werkstoffe empfiehlt sich Laserstrahlung als ein vielseitig verwendbares Werkzeug. Vor allem im Bereich der Mikrosystemtechnik und der Mikromechanik nimmt ihre Bedeutung ständig zu. Der steigende Bedarf an miniaturisierten Bauteilen für neue Produkte macht eine höhere Bearbeitungsqualität erforderlich, so dass auch an die Herstellungsverfahren neue Anforderungen gestellt werden.

Keramische Werkstoffe, die für stark temperaturbeanspruchte Bauteile besonders geeignet sind, werden vor allem mit Excimerlaserstrahlung bearbeitet. Keramiken sind äußerst thermoschock-empfindlich, weshalb es sinnvoll ist, solche Materialien mittels Verdampfen abzutragen. Dazu muss nur geringe Energie eingebracht werden, die das Bauteil nicht schädigt. Bei metallischen Werkstoffen erfolgt der Abtrag in erster Linie über die schmelzflüssige Phase.

Allerdings lagern sich bei der Bearbeitung sowohl keramischer als auch metallischer Werkstoffe kleinste Materialpartikel oder Schmelze-Tropfen in den erzeugten Strukturen oder in deren unmittelbarer Nähe an. Die Strukturen metallischer Werkstücke sind außerdem stark von Schmelze überlagert. Solche Mängel nachträglich zu beheben - was, soweit überhaupt möglich, oftmals mechanisch geschehen muß - ist meist sehr aufwendig und kostenintensiv.

Die Einsatzmöglichkeiten der Excimerlaserstrahl-Materialbearbeitung gerade in der Mikrosystemtechnik sind deshalb beschränkt. Wird jedoch während der Bestrahlung ein dünner Flüssigkeitsfilm auf die Substratoberfläche aufgesprüht, können derartige Qualitätseinbußen nahezu vollständig vermieden werden. Allerdings ist die Abtragsrate bei den meisten untersuchten Keramiken und Stählen deutlich reduziert. Weitere Untersuchungen zielen daher im wesentlichen darauf ab, die Abtragsraten zu erhöhen, um die Bearbeitungsdauer zu verkürzen und das Verfahren wirtschaftlich interessant zu machen.

Seit Beginn des DFG-Projekts im Februar 1997 waren die Arbeiten auf das Verständnis der Abtragsmechanismen konzentriert. Die in Grundlagenuntersuchungen erarbeiteten Strahl-Stoff-Wechselwirkungen für verschiedene keramische und metallische Werkstoffe werden nun auf die Herstellung mikrosystemtechnischer Bauteile übertragen. Inzwischen stehen zudem Apparaturen zur Verfügung, die im Versuchsmaßstab die Bearbeitung unter einem gleichmäßig verdüsten Flüssigkeitsfilm ermöglichen. Insbesondere erlaubt es ein geschlossener Flüssigkeitskreislauf, Gemische mit definierten Prozentanteilen der einzelnen Bestandteile zu versprühen. Durch Zugabe von Additiven soll das Bearbeitungsergebnis weiter verbessert werden.

Die Untersuchungen haben gezeigt, dass diese Verfahrensvariante im Vergleich zu konventioneller Technik die Strukturqualität bei der abtragenden Bearbeitung deutlich erhöht. Entscheidende Vorteile liegen insbesondere darin, dass sich Ablagerungen in der Bearbeitungsrandzone vermeiden lassen und die Schmelzphasenbildung bei der Bearbeitung von metallischen Werkstoffen reduziert ist. Bis Mitte des Jahres 2001, zum voraussichtlichen Ende der Projektlaufzeit, sollen die Grundlagen auf ein breites Werkstoffspektrum übertragen werden, das auch Polymere umfassen wird. Die Verfahrensgrenzen für planare wie auch dreidimensionale Bauteile werden dabei durch eine verbesserte Prozesstechnik erweitert.

Im weiteren Projektverlauf wird zudem untersucht, inwieweit die Methode zur gezielten Oberflächenmodifizierung mittels Excimerlaserstrahlung eingesetzt werden kann, um sowohl das Oberflächenprofil zu gestalten als auch die mechanischen Eigenschaften zu verändern. Polymere beispielsweise werden durch UV-Strahlung besser zum Verkleben geeignet. So ergeben sich zusätzliche, technologisch sinnvolle Anwendungsgebiete für das neue Verfahren.

* Kontakt:
Prof. Dr.-Ing. Manfred Geiger, Dipl.-Ing. Stephan Roth
Lehrstuhl für Fertigungstechnologie, Egerlandstr. 11, 91058 Erlangen
Tel.: 09131/85 -27140, -23237, Fax: 09131/36 403
E-Mail: m.geiger@lft.uni-erlangen.de s.roth@lft.uni-erlangen.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Gertraud Pickel |

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Mit Carbontechnik 467 km/h schnell - PFH-Studenten leisten Beitrag für Hyperloop Pod Competition
25.09.2018 | PFH Private Hochschule Göttingen

nachricht Recyclingfähige, formflexible Wasserstofftanks für Brennstoffzellen-Autos
21.09.2018 | Helmholtz-Zentrum Geesthacht - Zentrum für Material- und Küstenforschung

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kupfer-Aluminium-Superatom

Äußerlich sieht der Cluster aus 55 Kupfer- und Aluminiumatomen aus wie ein Kristall, chemisch hat er jedoch die Eigenschaften eines Atoms. Das hetero-metallische Superatom, das Chemikerinnen und Chemiker der Technischen Universität München (TUM) hergestellt haben, schafft die Voraussetzung für die Entwicklung neuer, kostengünstiger Katalysatoren.

Chemie kann teuer sein. Zum Reinigen von Abgasen beispielsweise benutzt man Platin. Das Edelmetall dient als Katalysator, der chemische Reaktionen...

Im Focus: Hygiene im Handumdrehen – mit neuem Netzwerk „CleanHand“

Das Fraunhofer FEP beschäftigt sich seit Jahrzehnten mit der Entwicklung von Prozessen und Anlagen zur Reinigung, Sterilisation und Oberflächenmodifizierung. Zur Bündelung der Kompetenzen vieler Partner wurde im Mai 2018 das Netzwerk „CleanHand“ zur Entwicklung von Systemen und Technologien für saubere Oberflächen, Materialien und Gegenstände ins Leben gerufen. Als Partner von „CleanHand“ präsentiert das Fraunhofer FEP im Rahmen der Messe parts2clean, vom 23.-25. Oktober 2018, in Stuttgart, am Stand der Fraunhofer-Allianz Reinigungstechnik (Halle 5, Stand C31), das Netzwerk sowie aktuelle Forschungsschwerpunkte des Institutes im Bereich Hygiene und Reinigung.

Besonders um die Hauptreisezeiten gehen vermehrt Testberichte und Studien über die Reinheit von europäischen Raststätten, Hotelbetten und Freibädern durch die...

Im Focus: Hygiene at your fingertips with the new CleanHand Network

The Fraunhofer FEP has been involved in developing processes and equipment for cleaning, sterilization, and surface modification for decades. The CleanHand Network for development of systems and technologies to clean surfaces, materials, and objects was established in May 2018 to bundle the expertise of many partnering organizations. As a partner in the CleanHand Network, Fraunhofer FEP will present the Network and current research topics of the Institute in the field of hygiene and cleaning at the parts2clean trade fair, October 23-25, 2018 in Stuttgart, at the booth of the Fraunhofer Cleaning Technology Alliance (Hall 5, Booth C31).

Test reports and studies on the cleanliness of European motorway rest areas, hotel beds, and outdoor pools increasingly appear in the press, especially during...

Im Focus: Neue Therapien bei Gefäßerkrankungen

Auf der Jahrestagung der Deutschen Gesellschaft für Angiologie (DGA) vom 12. bis 15. September in Münster stellten Gefäßspezialisten aus ganz Deutschland die neuesten Therapien bei Gefäßerkrankungen vor. Vor allem in den Bereichen periphere arterielle Verschlusskrankheit (pAVK) und venöse Verschlusskrankheiten wie die Tiefe Venenthrombose (TVT) gibt gute Neuigkeiten für die Patienten. Viele der 720 Gefäßspezialisten, die an der Jahrestagung teilnahmen, stellten neueste Studienergebnisse vor.

Millionen Menschen leiden in Deutschland unter Gefäßerkrankungen, allein rund fünf Millionen unter der „Schaufensterkrankheit“, medizinisch periphere...

Im Focus: Wie Magnetismus entsteht: Elektronen stärker verbunden als gedacht

Wieso sind manche Metalle magnetisch? Diese einfache Frage ist wissenschaftlich gar nicht so leicht fundiert zu beantworten. Das zeigt eine aktuelle Arbeit von Wissenschaftlern des Forschungszentrums Jülich und der Universität Halle. Den Forschern ist es zum ersten Mal gelungen, in einem magnetischen Material, in diesem Fall Kobalt, die Wechselwirkung zwischen einzelnen Elektronen sichtbar zu machen, die letztlich zur Ausbildung der magnetischen Eigenschaften führt. Damit sind erstmals genaue Einblicke in den elektronischen Ursprung des Magnetismus möglich, die vorher nur auf theoretischem Weg zugänglich waren.

Für ihre Untersuchung nutzten die Forscher ein spezielles Elektronenmikroskop, das das Forschungszentrum Jülich am Elettra-Speicherring im italienischen Triest...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Fachkonferenz "Automatisiertes und autonomes Fahren"

25.09.2018 | Veranstaltungen

4. BF21-Jahrestagung „Car Data – Telematik – Mobilität – Fahrerassistenzsysteme – Autonomes Fahren – eCall – Connected Car“

21.09.2018 | Veranstaltungen

Forum Additive Fertigung: So gelingt der Einstieg in den 3D-Druck

21.09.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Bisher unbekannter Mechanismus der Blut-Hirn-Schranke entdeckt

25.09.2018 | Biowissenschaften Chemie

Suche nach Grundwasser im Ozean - Neues deutsch-maltesisches Forschungsprojekt gestartet

25.09.2018 | Geowissenschaften

Auf dem Weg zur Prothese der Zukunft

25.09.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics