Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mikrostrukturen mit dem Laser ätzen

25.10.2016

Mit dem Ultrakurzpulslaser lassen sich nicht nur feine Strukturen schneiden, in einem Verbundprojekt haben Wissenschaftler untersucht, wie man damit auch Mikrostrukturen in Dünnglas erzeugen kann. Anwendungen gibt es im Analytikbereich (lab-on-a-chip), aber auch in der Elektronikbranche und im Consumer-Bereich gibt es großes Interesse.

Am Anfang dieser neuen Methode stand ein überraschender Effekt: Wenn Glas mit dem Ultrakurzpulslaser in der richtigen Weise bestrahlt wird, wird es so modifiziert, dass es deutlich empfindlicher für ein anschließendes nasschemisches Ätzverfahren wird. Und zwar hundert- bis tausendfach.


Strukturierungsprozess von Glas durch direkte Laserablation bei der Verwendung von ultrakurzen Laserpulsen.

Fraunhofer ILT, Aachen / Volker Lannert.


Mit dem SLE-Verfahren wurden Löcher in Dünnglas hergestellt, die besonders glatte Kanten aufweisen.

Fraunhofer ILT, Aachen.

Man kann also einen Laserfokus von wenigen Mikrometern Durchmesser durch einen Glasblock führen und anschließend auf seiner Spur eine feine Röhre durch das Volumen ätzen. So lassen sich kleinste Löcher erzeugen, komplette Mikrofluidik-Systeme in das Volumen schreiben oder auch Schnitte mit hoher Kantenqualität herstellen.

Ergebnisse im Forschungsprojekt Femto Digital Photonic Production

Bevor dieser Effekt für industrielle Verfahren genutzt werden kann, müssen eine Reihe von Fragen beantwortet werden: Was sind die Wechselwirkungsprozesse? Bei welchen Materialien funktioniert das? Was sind die optimalen Prozessparameter? Welche Prozesstechnik ist nötig?

Die Beantwortung dieser Fragen ist ein Ziel des BMBF-geförderten Verbundprojektes »Femto Digital Photonic Production«. Seit 2014 arbeiten in dem Projekt Partner von drei Lehrstühlen der RWTH Aachen University, dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und sechs Firmen an der Erforschung neuartiger Effekte bei der Bearbeitung von transparenten Materialien mit ultrakurzen Laserpulsen.

Inzwischen wurde ein Demonstrator entwickelt, an dem sich verschiedene Materialien und Prozessparameter vergleichen lassen. Das selektive Laser-Ätzen (englisch Selective Laser Etching SLE) wurde für mehrere Glasmaterialien untersucht, so zum Beispiel für Quarzglas, Saphir, Borofloat 33 und Corning Willow. In Borofloat 33 wurden Ätz-Selektivitäten zwischen laserstrukturierten und unstrukturierten Bereichen von etwa 1000:1 erreicht, in Willow-Gläsern etwa 100:1.

Nächstes Ziel: Prozessverständnis verbessern

In der nächsten Phase des Projektes bis 2019 soll das Prozessverständnis verbessert werden. Dafür werden am Lehrstuhl für Lasertechnik LLT der RWTH Aachen verschiedene Experimente durchgeführt, parallel laufen am Lehr-/Forschungsgebiet für Nichtlineare Dynamik der Laser-Fertigungsverfahren NLD komplexe Simulationen. Der Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme TOS konzentriert sich auf die Optimierung der Optik in den Systemen.

Bei der Entwicklung der Prozesstechnik arbeiten die Wissenschaftler mit drei Herstellern von Laserstrahlquellen (Amphos, Edgewave, Trumpf) sowie drei Systemanbietern (4Jet, LightFab, Pulsar Photonics) zusammen. Gemeinsam wollen sie sowohl Multistrahlsysteme für großflächige Anwendungen als auch kleinere Systeme für die Mikrobearbeitung entwickeln.

Die Firma LightFab GmbH, ein Start-up von ehemaligen Mitarbeitern des Lehrstuhls für Lasertechnik der RWTH Aachen, nutzt das selektive laserinduzierte Ätzen zur Fertigung von 3D-Präzisionsteilen aus Quarzglas. Die Maschine dafür, der LightFab 3D Printer, wurde auf der Photonics West 2016 mit dem Prism Award geehrt. Sie steigert die Produktivität des subtraktiven 3D-Drucks von Glasbauteilen für Prototypen und Serien und mit den Hochgeschwindigkeitsmodulen ermöglicht sie sogar die Massenproduktion mit dem SLE-Verfahren.

Anwendungspotential von Biomedizin bis Elektronik

Schon heute sehen die Projektpartner eine Vielzahl von möglichen Anwendungen. Für die Mikrofluidik lassen sich nicht nur Kanäle im Volumen erzeugen sondern auch Düsen und andere Mikrobauteile.

Große Vorteile bietet das Verfahren auch für Bohr- und Schneidprozesse. Das Ätzen erlaubt dabei einen spannungsfreien Materialabtrag. Das bietet Vorteile zum Beispiel für die Herstellung von Interposer-Strukturen in der Halbleitertechnik. Dabei sind Strukturen unter 10 µm möglich. Neue Systeme mit hoher Laserleistung und Multistrahl-Optiken bieten ein erhebliches Potential, auch dabei einen hohen Durchsatz zu erreichen.

Ansprechpartner

M.Sc. Christian Kalupka
Projektkoordinator »Femto Digital Photonic Production«
Telefon +49 241 8906-276
christian.kalupka@llt.rwth-aachen.de

Dipl.-Phys. Sebastian Nippgen
Gruppenleiter 3D-Volumenstrukturierung
Telefon +49 241 8906-470
sebastian.nippgen@llt.rwth-aachen.de

LLT - Lehrstuhl für Lasertechnik
RWTH Aachen University

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Weitere Informationen:

http://www.llt.rwth-aachen.de
http://www.ilt.fraunhofer.de

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Verfahrenstechnologie:

nachricht Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden
06.08.2020 | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

nachricht Neue NMR-Methode ermöglicht Beobachtung chemischer Reaktionen in Metallbehältnissen
16.07.2020 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Verfahrenstechnologie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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