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 Verfahrenstechnologie:

nachricht Verkalkte Zähne retten
19.06.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Uhrenbestandteile aus Diamant
18.06.2018 | Schweizerischer Nationalfonds SNF

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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