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Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

28.06.2017

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den Industriepartnern werden zudem zwei grundlegende Komponenten weiterentwickelt, um sie für den Prozess nutzbar zu machen:


Laserstrukturierung von Metallfolie

© Photo Fraunhofer IPT

Ein Femtosekundenlaser mit einer hohen Ausgangsleistung und einer extrem hohen Pulswiederholrate sowie ein innovatives, duales Polygon-Scanner-System, das eine schnelle und genaue Strahlablenkung gewährleisten soll. Das Fraunhofer UMSICHT entwickelt für das System einen neuen, chromatfreien und umweltschonenden Lack, der durch ein UV-Lithographie-Verfahren ausgehärtet wird. Anschließend können die Metallfolien auf beiden Seiten gleichzeitig mit dem Laser strukturiert werden.

Um eine möglichst präzise Strukturierung und einen maximalen Fertigungsdurchsatz zu sichern, entwickelt das Fraunhofer IPT für den Polygon-Scanner ein Inline-Messsystem. Damit lässt sich der Lackabtrag mit dem Ultrakurzpulslaser messen und Bearbeitungsfehler am Material sowie Form und Position der Mikrostrukturen können in Echtzeit erfasst werden.

Darüber hinaus entwickelt das Fraunhofer IPT eine systemtechnische Lösung, mit der sich Laserquelle und Polygon-Scanner-System schnell synchronisieren lassen, wodurch der Strahlengang beispielsweise geteilt und in beide Richtungen bewegt werden kann.

Zum Abschluss des Projekts soll das neue Modul mit seinem Ultrakurzpulslaser und dem Polygon-Scanner-System in eine Rolle-zu-Rolle-Prozesskette integriert werden und führt damit neue interdisziplinäre Entwicklungen aus Industrie und Forschung zusammen. Diese werden schließlich in ein schnelllaufendes Strukturierungsverfahren mit gepulster Laserstrahlung integriert, um eine effiziente und umweltschonende industrielle Massenfertigung zu ermöglichen

Rolle-zu-Rolle-Verfahren eignen sich zur schnellen und kostengünstigen Herstellung elektronischer Bauteile und haben sich in der Elektrotechnik, Mikroproduktion und Solartechnik längst etabliert. Während konventionelle und andere laserbasierte Fertigungsverfahren bereits erfolgreich in die Rolle-zu-Rolle-Fertigung eingebunden werden konnten, erwies sich die Integration von direkten Strukturierungsverfahren mit Pulslasern bislang als wenig erfolgreich.

Defizite stellen dabei bislang die zu geringe Wiederholfrequenz und Pulsenergie der Laserstrahlung sowie die unzureichende Geschwindigkeit und Genauigkeit bei der Strahlablenkung dar. Diese Mängel sollen im Rahmen des »PoLaRoll«-Projekts behoben werden.

Förderhinweis – Das Projekt wird unter dem Förderkennzeichen 723805 von Oktober 2016 bis September 2019 im Rahmen des Förderprogramms »Horizont 2020« der Europäischen Union mit einem Betrag von 3.5 Millionen Euro gefördert. Die Gesamtkosten betragen rund 4.4 Millionen Euro.

Beteiligte Forschungseinrichtungen:

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT, Oberhausen

Beteiligte Industriepartner:

Amplitude Systèmes, Frankreich
D’Appolonia S.P.A., Italien
Laser Engineering Applications SA, Belgien
LUNOVU Integrated Laser Solutions GmbH, Deutschland
Micrometal GmbH, Deutschland, Deutschland
Next Scan Technology, Belgien

Weitere Informationen:

https://www.ipt.fraunhofer.de/de/presse/Pressemitteilungen/20170626_schnelles-un...

Susanne Krause | Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT

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