Laser­be­ar­bei­tung: KSF schafft mit Licht tief­schwar­ze Oberflächen

Laser­be­ar­bei­tung: KSF schafft mit Licht tief­schwar­ze Oberflächen

Das Kom­pe­tenz­zen­trum für Spa­nen­de Fer­ti­gung (KSF) in Tutt­lin­gen arbei­tet mit GF-Fem­to-Fle­xi­pul­se-Laser-P-400-U-Bear­bei­tungs­sys­tem an revo­lu­tio­nä­ren Ober­flä­chen für die Medi­zin­tech­nik. Dank der Mög­lich­keit der aktu­el­len leis­tungs­fä­hi­gen Maschi­nen­ge­nera­ti­on von GF Machi­ning Solu­ti­ons, für die Laser­be­ar­bei­tung, Mate­ri­al extrem genau abzu­tra­gen, kön­nen die Wis­sen­schaft­ler Eigen­schaf­ten von Ober­flä­chen maß­schnei­dern, die bis­lang nicht rea­li­sier­bar waren.

Die Werkstücke werden zur Laserbearbeitung sicher in einem Spannsystem von System 3R fixiert. Der Charme am Femto-Laser der GF Femto Flexipulse Laser P 400 U ist die sehr exakte Steuerung jedes einzelnen Laserpulses. Dabei arbeitet der Strahl auch bei 3D-Oberflächen sehr konstant und präzise. - Bild: Pergler Media
Die Werk­stü­cke wer­den zur Laser­be­ar­bei­tung sicher in einem Spann­sys­tem von Sys­tem 3R fixiert. Der Charme am Fem­to-Laser der GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U ist die sehr exak­te Steue­rung jedes ein­zel­nen Laser­pul­ses. Dabei arbei­tet der Strahl auch bei 3D-Ober­flä­chen sehr kon­stant und prä­zi­se. – Bild: Perg­ler Media

Wenn es um Grund­la­gen­for­schung zur Bear­bei­tung von Werk­stof­fen geht, ist das Kom­pe­tenz­zen­trum für Spa­nen­de Fer­ti­gung (KSF) in Tutt­lin­gen eine ers­te Adres­se. Hier forscht ein enga­gier­tes Team um Insti­tuts­lei­ter Pro­fes­sor Bah­man Azar­hous­hang im engen Aus­tausch mit den Anwen­dern aus der Pra­xis und den Ent­wick­lungs­ab­tei­lun­gen der Maschinen‑, Werk­zeug- und Peri­phe­rie­zu­lie­fe­rer an zukunfts­ori­en­tier­ten Pro­zess­lö­sun­gen für unter­schied­lichs­te Mate­ria­li­en. Nicht nur auf­grund der geo­gra­phi­schen Lage mit­ten im Medi­zin­tech­nik-Clus­ter Tutt­lin­gen geht es dabei oft um neu­ar­ti­ge Anwen­dun­gen für die­sen inno­va­ti­ons­ge­trie­be­nen Industriesektor. 

Inten­si­ve Kon­tak­te in die indus­tri­el­le Praxis

So unter­su­chen die Exper­ten unter ande­rem die Mög­lich­kei­ten beim Ein­satz von Ultra­kurz­puls­la­sern zur Laser­tex­tu­rie­rung. Ers­te Ver­su­che, bei der eine exter­ne Laser­quel­le auf ein Bear­bei­tungs­zen­trum mon­tiert wur­de, zeig­ten bereits viel­ver­spre­chen­de Ergeb­nis­se. „Aller­dings stie­ßen wir auch sehr schnell an Gren­zen mit unse­rer ‚selbst­ge­bas­tel­ten‘ Lösung“, erklärt Azar­hous­hang. „Es ist eben kei­ne in sich abge­stimm­te Lösung aus einem Guss.“ 

Aus ver­schie­de­nen frü­he­ren Expe­ri­men­ten – unter ande­rem steht ein um ein spe­zi­el­le Kühl­sys­tem mit super­kri­ti­schem CO2 erwei­ter­tes 5‑Achs-CNC-Bear­bei­tungs­zen­trum GF Mill S 400 U im Tech­ni­kum des KSF – bestand bereits ein guter Kon­takt zu GF Machi­ning Solu­ti­ons in Schorndorf. 

Opti­ma­le Anla­ge zur Laser­be­ar­bei­tung von Oberflächen

Und dort fand sich eine für die­se For­schun­gen opti­mal geeig­ne­te Anla­ge im Pro­gramm, die der Maschi­nen­her­stel­ler in eine For­schungs­part­ner­schaft einbrachte. 

Im Fokus
GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U
Die Laser­an­la­ge GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 Ubeim KSF ver­fügt über eine Fem­to-Laser­quel­le mit 40 Watt Leis­tung, die einen Laser­strahl sowohl im infra­ro­ten als auch im grü­nen Farb­spek­trum erzeu­gen kann. Damit las­sen sich exakt defi­nier­te Struk­tu­ren erzeu­gen, deren Dimen­sio­nen im nm-Bereich lie­gen. Wahl­wei­se lässt sich die Anla­ge mit f‑The­ta-Fokus­sier­lin­se oder tele­zen­tri­schem Objek­tiv aus­rüs­ten. Die maxi­mal auf der Anla­ge zu bear­bei­ten­den Bau­teil­di­men­sio­nen lie­gen bei 600 x 400 x 250 mm. 

„Für uns sehr posi­tiv: GF Machi­ning Solu­ti­ons hat nicht nur eine für unse­re For­schun­gen exakt pas­sen­den Anla­ge“, betont Azar­hous­hang. „Die Exper­ten dort haben auch sehr gute Vor­stel­lun­gen davon, was die­se Anla­ge leis­ten kann, wofür sie sich ein­set­zen lässt und wel­che Anwen­dun­gen dafür prä­de­sti­niert sind. Und die­ses Wis­sen um die Laser­be­ar­bei­tung tei­len sie gern mit uns.“

Die GF Femto Flexipulse Laser P 400 U ermöglicht den Forschern am KSF das maßgeschneiderte Designen von sehr spezifischen Oberflächeneigenschaften. Das Spektrum der Möglichkeiten in der Laserbearbeitung reicht von hydrophil oder hydrophob bis zu Oberflächen, die so gut wie kein Licht reflektieren. - Bild: Pergler Media
Die GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U ermög­licht den For­schern am KSF das maß­ge­schnei­der­te Desi­gnen von sehr spe­zi­fi­schen Ober­flä­chen­ei­gen­schaf­ten. Das Spek­trum der Mög­lich­kei­ten in der Laser­be­ar­bei­tung reicht von hydro­phil oder hydro­phob bis zu Ober­flä­chen, die so gut wie kein Licht reflek­tie­ren. – Bild: Perg­ler Media

So zog gleich neben der GF Mill S 400 U ein Bear­bei­tungs­sys­tem GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U ins KSF ein. Die­ses Sys­tem haben die Ent­wick­ler bei GF Machi­ning Solu­ti­ons spe­zi­ell für ästhe­ti­sche und funk­tio­nel­le Tex­tu­rie­rung von Prä­zi­si­ons­tei­len, klei­ne Ein­sät­ze, Schneid­werk­zeu­ge und mikro­be­ar­bei­te­te Werk­stü­cke entworfen. 

Vie­le Werk­stof­fe für Laser­be­ar­bei­tung möglich

Dank der Mög­lich­keit, wahl­wei­se Pul­se im Infra­rot­be­reich zu erzeu­gen oder in grü­nem Licht, kann die Anla­ge bei­spiels­wei­se auch Werk­stü­cke aus Kup­fer bear­bei­ten. Aber auch ver­schie­de­ne Kunst­stof­fe bis hin zu PEEK gehö­ren zum Bear­bei­tungs­spek­trum der Lasermaschine. 

Der Arbeitsraum der Laserbearbeitungsanlage GF Femto Flexipulse Laser P 400 U. Die Relativbewegung des Werkstücks zum Laser lässt sich über fünf Achsen steuern. Damit sind den Freiheiten der Wissenschaftler in der Laserbearbeitung von Oberflächen kaum Grenzen gesetzt.
Der Arbeits­raum der Laser­be­ar­bei­tungs­an­la­ge GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U. Die Rela­tiv­be­we­gung des Werk­stücks zum Laser lässt sich über fünf Ach­sen steu­ern. Damit sind den Frei­hei­ten der Wis­sen­schaft­ler in der Laser­be­ar­bei­tung von Ober­flä­chen kaum Gren­zen gesetzt. 

Der Laser deckt eine brei­te Palet­te an mög­li­chen Werk­stof­fen ab – von wei­chen Kunst­stof­fen über nahe­zu alle Metall­werk­stof­fe bis hin zu Dia­mant. Auch trans­pa­ren­te Mate­ria­li­en wie etwa Glas las­sen sich, das dafür not­wen­di­ge Know-how vor­aus­ge­setzt, mit dem Sys­tem exzel­lent bear­bei­ten. Die leis­tungs­fä­hi­ge Fem­to-Laser­quel­le des Sys­tems zur Laser­be­ar­bei­tung kann Impul­se im Fem­to­se­kun­den­be­reich (1 fs ent­spricht 10-15 s) generieren.

Mit spe­zi­el­len Nano­struk­tu­ren ermög­lich Laser­be­ar­bei­tung auch Lotos-Effek­te auf Oberflächen

Das ist spe­zi­ell bei der sehr exak­ten Model­lie­rung einer Ober­flä­che ein gro­ßer Vor­teil, da sich damit auch in kleins­ten Dimen­sio­nen sehr prä­zi­se Bear­bei­tungs­op­tio­nen erge­ben. „Bereits bei einer Impuls­dau­er von unter zehn Piko­se­kun­den (10 ps ent­spre­chen 10-11 s) pro Laser­puls wer­den nur noch die Elek­tro­nen des Werk­stoffs auf­ge­heizt, nicht jedoch das Mole­ku­lar­git­ter“, erläu­tert Azar­hous­hang. „Das Mate­ri­al, das wir ent­fer­nen wol­len, sub­li­miert – die Umge­bung wird dabei nicht erhitzt.“

Der Femtolaser lässt sich sehr exakt einsetzen. Damit können die Wissenschaftler am KSF kleinste Strukturen auf Oberflächen erzeugen, die ganz bestimmte Oberflächeneigenschaften aufweisen. Und das schnell, einfach und effizient. - Bild: Pergler Media
Der Fem­to­la­ser lässt sich sehr exakt ein­set­zen. Damit kön­nen die Wis­sen­schaft­ler am KSF kleins­te Struk­tu­ren auf Ober­flä­chen erzeu­gen, die ganz bestimm­te Ober­flä­chen­ei­gen­schaf­ten auf­wei­sen. Und das schnell, ein­fach und effi­zi­ent. – Bild: Perg­ler Media

Damit kön­nen die Exper­ten bei­spiels­wei­se Ober­flä­chen für die Medi­zin­tech­nik auf der P 400 U kom­plett bear­bei­ten. Je nach Bedarf kann der Anwen­der aber auch super­hy­dro­pho­be oder super­hy­dro­phi­le Ober­flä­chen gene­rie­ren. Mög­lich sind auch Ober­flä­chen mit anti­mi­kro­biel­len und anti­bak­te­ri­el­len Eigen­schaf­ten für Implan­ta­te, aber auch Instru­men­te. „Das ist einer unse­rer For­schungs­schwer­punk­te. Sol­che Eigen­schaf­ten sind weg­wei­send für die Wei­ter­ent­wick­lung medi­zin­tech­ni­scher Pro­duk­te. Denn wenn auf einer Ober­flä­che kein Blut haf­ten bleibt, ist das bei­spiels­wei­se bei einer OP-Sche­re in mehr­fa­cher Hin­sicht von Vor­teil“, ver­deut­licht Azar­hous­hang. „Damit lässt sich die Ope­ra­ti­on selbst bes­ser aus­füh­ren, und hin­ter­her ist die Sche­re zudem leich­ter, gründ­li­cher und ein­fa­cher zu reinigen.“

Sehr exak­te Laser­be­ar­bei­tung erschließt neue Möglichkeiten

Die Anla­ge von GF Machi­ning Solu­ti­ons erzeugt nahe­zu refle­xi­ons­freie, qua­si tief­schwar­ze Ober­flä­chen. Wie­der­hol­ge­nau, mit immer den glei­chen Eigen­schaf­ten über den gesam­ten Bereich. „Das hat gro­ße Vor­tei­le“, ver­deut­licht Azar­hous­hang. „Und mit der fünf­ach­si­gen Kine­ma­tik der GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U kön­nen wir pro­blem­los auch Frei­form­flä­chen und ande­re 3D-Struk­tu­ren tief­schwarz gestal­ten. Das ist gera­de in der Medi­zin­tech­nik ein gro­ßer Vorteil.“

Professor Bahman Azarhoushang, Institutsleiter am KSF Tuttlingen: „Die ersten Projekte mit namhaften Branchenunternehmen zeigen eindrucksvoll die Möglichkeiten der Laserbearbeitung. Unsere Aufgabe ist nun, das Verfahren zu verfeinern und es auf die Anwendungen der Medizintechnik zu adaptieren. Mit unserem Maschinenpartner GF Machining Solutions sind wir für diese Aufgabe sehr gut aufgestellt.“ - Bild: Pergler Media
Pro­fes­sor Bah­man Azar­hous­hang, Insti­tuts­lei­ter am KSF Tutt­lin­gen: „Die ers­ten Pro­jek­te mit nam­haf­ten Bran­chen­un­ter­neh­men zei­gen ein­drucks­voll die Mög­lich­kei­ten der Laser­be­ar­bei­tung. Unse­re Auf­ga­be ist nun, das Ver­fah­ren zu ver­fei­nern und es auf die Anwen­dun­gen der Medi­zin­tech­nik zu adap­tie­ren. Mit unse­rem Maschi­nen­part­ner GF Machi­ning Solu­ti­ons sind wir für die­se Auf­ga­be sehr gut auf­ge­stellt.“ – Bild: Perg­ler Media

Nötig etwa in Ein­satz­fäl­len, in denen Optik und Beleuch­tung gleich­zei­tig genutzt wer­den müs­sen. Bei­spiels­wei­se in der Endo­sko­pie. Denn beim Endo­skop benö­tigt der Arzt eine gute Aus­leuch­tung des zu beob­ach­ten­den Bereichs. Es muss also über eine Licht­quel­le für ent­spre­chen­de Hel­lig­keit sor­gen. Ande­rer­seits ent­ste­hen dabei stö­ren­de Refle­xio­nen im Endo­skop selbst.

Licht­fal­le lässt kei­ne Refle­xio­nen an Ober­flä­chen zu

„Wir haben eine Ober­flä­che ent­wi­ckelt, deren Struk­tur das Licht ein­fängt und nicht mehr zurück­wirft – in kei­ne Rich­tung“, erläu­tert der Pro­fes­sor. „Damit kön­nen wir nun tief­schwar­ze Flä­chen erzeu­gen, die kei­ne stö­ren­den Refle­xio­nen pro­du­zie­ren. Und zwar aus allen Betrachtungswinkeln.“

Im Pro­fil
Kom­pe­tenz­zen­trum für Spa­nen­de Fer­ti­gung (KSF)
Seit mehr als 20 Jah­ren befasst sich das Kom­pe­tenz­zen­trum für Spa­nen­de Fer­ti­gung (KSF) mit den Her­aus­for­de­run­gen in der Bear­bei­tung neu­er Werk­stof­fe. Neben den stei­gen­den Anfor­de­run­gen an die spa­nen­de Bear­bei­tung ste­hen auch unkon­ven­tio­nel­le Zer­spa­nungs­pro­zes­se wie schwin­gungs- und laser­un­ter­stütz­te Bear­bei­tun­gen im Fokus. Mit Indus­trie­part­nern aus dem In- und Aus­land erar­bei­ten die pra­xis­ori­en­tier­ten Wis­sen­schaft­ler kon­kre­te und inno­va­ti­ve Lösungs­an­sät­ze für pra­xis­be­zo­ge­ne Anwen­dungs­fäl­le. Für meh­re­re Pro­jek­te konn­ten Insti­tuts­lei­ter Pro­fes­sor Bah­man Azar­hous­hang und sein Team die Ent­wick­ler und Prak­ti­ker bei GF Machi­ning Solu­ti­ons als Part­ner gewin­nen. So steht bei­spiels­wei­se neben dem GF-Fem­to-Fle­xi­pul­se-Laser-P-400-U-Sys­tem zur Laser­be­ar­bei­tung auch ein um ein spe­zi­el­les Kühl­sys­tem mit super­kri­ti­schem CO2 erwei­ter­tes 5‑Achs-CNC-Bear­bei­tungs­zen­trum GF Mill S 400 U im Tech­ni­kum des Instituts.

Für das Endo­skop kommt die neue Light-Trap­ping-Ober­flä­che an einer Hül­se der Beob­ach­tungs­op­tik zum Ein­satz. Und zwar innen. So stö­ren den Arzt bei der Betrach­tung kei­ne uner­wünsch­ten Licht­re­fle­xio­nen. Die Exper­ten in Tutt­lin­gen arbei­ten gera­de dar­an, Innen­durch­mes­ser auch von weni­ger als 1 mm auf rele­van­ter län­ge mit sol­chen Struk­tu­ren auszustatten.

Pixel­ba­sier­te Vor­la­gen gestal­ten die Oberflächen

Das Bear­bei­tungs­sys­tem GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U nutzt für die Struk­tu­ren pixel­ba­sier­te Vor­la­gen – ganz nor­ma­le For­ma­te aus der Bild­be­ar­bei­tung. Die­se Bild­da­tei­en legt das Pro­gram­mier­sys­tem der Laser­ma­schi­ne auto­ma­tisch über die 3D-Geo­me­trien der Werk­stü­cke. Unre­gel­mä­ßig­kei­ten wer­den dabei in der Regel auto­ma­tisch erkannt und kor­ri­giert. An Über­gän­gen oder bei kri­ti­schen Stel­len kön­nen die Bedie­ner manu­ell nach­bes­sern – auf ein­fachs­te Wei­se per Mausklick. 

Hinter der Anlage zur Laserbearbeitung steht im KSF ein  5-Achs-CNC-Bearbeitungszentrum GF Mill S 400 U von GF Machining Solutions, das um ein spezielles Kühlsystem mit superkritischem CO2 erweitert ist. - Bild: Pergler Media
Hin­ter der Anla­ge zur Laser­be­ar­bei­tung steht im KSF ein 5‑Achs-CNC-Bear­bei­tungs­zen­trum GF Mill S 400 U von GF Machi­ning Solu­ti­ons, das um ein spe­zi­el­les Kühl­sys­tem mit super­kri­ti­schem CO2 erwei­tert ist. – Bild: Perg­ler Media

 „Dabei haben die Ent­wick­ler bei GF Machi­ning Solu­ti­ons die Bedie­nung der Maschi­ne denk­bar ein­fach gestal­tet“, lobt Azar­hous­hang. „Mit weni­gen Hand­grif­fen und ein­fa­cher Pro­gram­mie­rung lässt sich alles sehr exakt und kom­for­ta­bel steu­ern. Dazu kommt, dass der nicht wie etwa ein Zer­spa­nungs­werk­zeug ver­schleißt. Das bedeu­tet, dass wir mit sehr hoher Prä­zi­si­on und Wie­der­hol­ge­nau­ig­keit immer wie­der iden­ti­sche Ergeb­nis­se erzie­len kön­nen – pro­zess­sta­bil und zuverlässig.“

Pro­zess­si­cher und pro­zess­sta­bil zu kon­stan­ten Eigen­schaf­ten von Oberflächen

Auch wenn sich der Laser sehr genau posi­tio­nie­ren lässt – in der Fokus­sie­rung bie­tet der Strahl eine rela­tiv gro­ße Tole­ranz. „Wenn wir die exak­te Form des Werk­stücks ken­nen, ver­ein­facht das Vie­les“ erklärt der Pro­fes­sor. „Jeder ein­zel­ne Laser­im­puls trägt, bezo­gen auf die Werk­zeug­ober­flä­che, Mate­ri­al bis zur exakt glei­chen Tie­fe ab. Damit passt sich der Laser selbst ein gutes Stück weit an die Erfor­der­nis­se des Werk­stücks an. Und wir erhal­ten kon­stant iden­ti­sche Ober­flä­chen­ei­gen­schaf­ten in allen bear­bei­te­ten Bereichen.“ 

Die Anlage zur Laserbearbeitung  gibt sich sehr bedienerfreundlich, die Steuerung ermöglicht ein sehr intuitives Arbeiten. Die Oberflächen selbst lassen sich mit handelsüblichen Bildverarbeitungsprogrammen generieren und dann mit wenigen Mausklicks an die 3D-Geometrien anpassen. - Bild: Pergler Media
Die Anla­ge zur Laser­be­ar­bei­tung gibt sich sehr bedie­ner­freund­lich, die Steue­rung ermög­licht ein sehr intui­ti­ves Arbei­ten. Die Ober­flä­chen selbst las­sen sich mit han­dels­üb­li­chen Bild­ver­ar­bei­tungs­pro­gram­men gene­rie­ren und dann mit weni­gen Maus­klicks an die 3D-Geo­me­trien anpas­sen. – Bild: Perg­ler Media

In wei­ter­rei­chen­den For­schun­gen unter­su­chen die Wis­sen­schaft­ler um Azar­hous­hang auch, was bei der Laser­be­ar­bei­tung mit dem ver­blei­ben­den Werk­stoff geschieht. „Wir kön­nen mit dem Laser der­art gezielt arbei­ten, dass das umge­ben­de Mate­ri­al so gut wie nicht beein­flusst wird“, ver­si­chert der Pro­fes­sor. „Ande­rer­seits sind wir auch in der Lage, gezielt mit Effek­ten etwa zur Rand­zo­nen­be­ein­flus­sung zu arbeiten.“

Fem­to-Laser­pul­se für maßgs­ech­nei­der­te Oberflächen

Mög­lich macht das die sehr genaue Mög­lich­keit zur Defi­ni­ti­on jedes ein­zel­nen Fem­to­se­kun­den-Laser­im­pul­ses. Dabei las­sen sich die­se Impul­se per ‚Boos­ting‘ bei­spiels­wei­se auch zu Piko­se­kun­den­im­pul­sen bün­deln. So lässt sich sehr genau der gewünsch­te Abtrag­ef­fekt desi­gnen und vom Umfeld abgren­zen. Und das funk­tio­niert inzwi­schen mit Geschwin­dig­kei­ten, die dem Labor­sta­di­um längst ent­wach­sen sind.

Exak­te Laser­be­ar­bei­tung bei hohen Abtragsraten

„Wir arbei­ten heu­te mit sehr hohen Abtrags­ra­ten bis 500 mm2/s und struk­tu­rie­ren dabei extrem genau und außer­dem wirt­schaft­lich“, betont Azar­hous­hang. „Man kann inzwi­schen mit den Lasern Pro­duk­te erzeu­gen, die man sich bis­lang so gar nicht vor­stel­len konn­te. Und das funk­tio­niert nicht nur in Metall. Wir nut­zen die Anla­ge bei­spiels­wei­se auch zur Mikro­struk­tu­rie­rung von Kera­mik­flä­chen, etwa an einer Buch­se für eine Pum­pe. Das Resul­tat: Deut­lich höhe­re Stand­zei­ten, weni­ger Ver­schleiß und tri­bo­lo­gisch opti­mier­te Eigenschaften.“

Mit dem Laser der GF Femto Flexipulse Laser P 400 U können die Forscher inzwischen eine tiefschwarze, extrem reflexionsarme Oberfläche erzeugen, die etwa in Endoskopen für ein klares Bild sorgt. Darüber hinaus sind per Laserbearebeitung zahlreiche weitere Oberflächen mit gezielt zu konfigurierenden Eigenschaften darstellbar. - Bild: pergler Media
Mit dem Laser der GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U kön­nen die For­scher inzwi­schen eine tief­schwar­ze, extrem refle­xi­ons­ar­me Ober­flä­che erzeu­gen, die etwa in Endo­sko­pen für ein kla­res Bild sorgt. Dar­über hin­aus sind per Laser­beare­bei­tung zahl­rei­che wei­te­re Ober­flä­chen mit gezielt zu kon­fi­gu­rie­ren­den Eigen­schaf­ten dar­stell­bar. – Bild: perg­ler Media

Zum Erzie­len sol­cher Eigen­schaf­ten sind die Wis­sen­schaft­ler inzwi­schen nicht mehr nur auf empi­ri­sches Vor­ge­hen an der Maschi­ne ange­wie­sen. Längst las­sen sich sol­che Eigen­schaf­ten mit dem nöti­gen Know-how und ent­spre­chen­der Soft­ware bereits im Vor­feld simu­lie­ren und die Ergeb­nis­se sehr zutref­fend vor­her­sa­gen. Das ver­ein­facht die Arbeit der For­scher und gestal­tet sie deut­lich zielorientierter.

Tief­schwar­ze Ober­flä­chen möglich

So waren bei der tief­schwar­zen Ober­flä­che etwa bei manu­el­ler Gestal­tung immer unter bestimm­ten Win­keln Refle­xio­nen aus­zu­ma­chen – meist im Bereich um 45°. Die Simu­la­ti­on half dabei, eine Struk­tur zu gene­rie­ren, die auch auf einer drei­di­men­sio­na­len Ober­flä­che sämt­li­ches ein­fal­len­des Licht schluckt. Das Ergeb­nis beein­druckt mit einer abso­lu­ten, unter hel­lem Licht fast unheim­lich erschei­nen­den Schwärze.

Laser­be­ar­bei­tung ermög­licht Tief­loch­boh­ren in kleins­ten Durchmessern

„Mit der GF Fem­to Fle­xi­pul­se Laser P 400 U bear­bei­ten wir in der Regel Werk­stü­cke klei­ner als 150 x 150 x 150 mm – das ent­spricht unse­rem Bau­teil­spek­trum“, berich­tet der Insti­tuts­lei­ter. „Die Anla­ge kann durch­aus auch grö­ße­re Tei­le. Und es gibt auch deut­lich grö­ße­re Anla­gen von GF Machi­ning Solutions.“ 

Mei­ne Mei­nung
Medi­zin­tech­nik muss sich für Neue­run­gen öff­nen
Wäh­rend gera­de in der Elek­tro­nik die Medi­zin­tech­nik mit an der Spit­ze der Ent­wick­lung ist, hat sich das Instru­men­ta­ri­um der Medi­zin­tech­nik in den ver­gan­ge­nen Jahr­zehn­ten in man­chen Berei­chen kaum ver­än­dert. Dabei gibt es heu­te zahl­lo­se tech­ni­sche Mög­lich­kei­ten, nicht nur Implan­ta­te, son­dern auch das „Hand­werks­zeug“ des Chir­ur­gen deut­lich pati­en­ten­freund­li­cher zu gestal­ten. Und inzwi­schen auch deut­lich mehr Wett­be­werbs­druck aus einem glo­ba­li­sier­ten Markt. Des­halb sind die Medi­zin­tech­nik-Her­stel­ler hier­zu­lan­de gut bera­ten, die neu­en tech­ni­schen Mög­lich­kei­ten wie die der Laser­be­ar­bei­tung für zeit­ge­mä­ße, pati­en­ten­scho­nen­de Designs zu nut­zen. Und so die Posi­ti­on an der Spit­ze des welt­wei­ten Wett­be­werbs zu ver­tei­di­gen.                                         Richard Pergler

Für die For­scher am KSF indes sind die Maße im Mikro- und Nano­be­reich inter­es­sant. Hier bie­tet die Laser­an­la­ge noch zahl­rei­che Mög­lich­kei­ten für wei­te­re Forschungen.

Gren­zen mecha­ni­scher Bear­bei­tung überwinden

„Wir kön­nen bei­spiels­wei­se mit dem Laser im Bereich kleins­ter Durch­mes­ser auch boh­ren. Da, wo mecha­ni­sche Werk­zeu­ge längst an ihre Gren­zen sto­ßen. Pro­zess­si­cher sind wir auch bei Durch­mes­sern unter 20 µm. Und mit einer ange­pass­ten Optik müss­ten wir auch 1 µm schaf­fen kön­nen“, ist Azar­hous­hang überzeugt.

Anders als ein zerspanendes Werkzeug arbeitet der Laser absolut verschleißfrei. Darüber hinaus kann er auch bei 3D-Oberflächen am Bauteil stets die gleiche Tiefe der erzeugten Strukturen gewährleisten. - Bild: Pergler Media
Anders als ein zer­spa­nen­des Werk­zeug arbei­tet der Laser abso­lut ver­schleiß­frei. Dar­über hin­aus kann er auch bei 3D-Ober­flä­chen am Bau­teil stets die glei­che Tie­fe der erzeug­ten Struk­tu­ren gewähr­leis­ten. – Bild: Perg­ler Media

Die Struk­tu­ren, die die Wis­sen­schaft­ler erzeu­gen, lie­gen zwar im µm-Bereich. „Das Sys­tem erlaubt uns aber eine Struk­tu­rie­rung bis in Nano-Dimen­sio­nen“, erklärt Pro­fes­sor Azar­hous­hang. „Damit kön­nen wir die ‚Laser Indu­ced Perio­dic Sur­face‘ (LIPS) in klei­nen und kleins­ten Abstu­fun­gen gestal­ten. Das erlaubt bei­spiels­wei­se Ober­flä­chen mit hydro­pho­ben Eigen­schaf­ten, die auch durch eine nach­träg­lich auf­ge­brach­te dün­ne Beschich­tung hin­durch noch wirk­sam sind.“

Am Anfang einer viel­ver­spre­chen­den Technologie

Azar­hous­hang hat das Gefühl, mit den Mög­lich­kei­ten die­ser Anla­ge gera­de erst ein­mal eine Tür in einen wei­ten Raum auf­ge­sto­ßen zu haben. „Wir ste­hen hier am Anfang einer viel­ver­spre­chen­den Tech­no­lo­gie“, erklärt er. „Aller­dings sind die Mög­lich­kei­ten des Ultra­kurz­puls­la­sers in der Medi­zin­tech­nik noch nicht all­zu bekannt, die Skep­sis ist oft groß. Das wol­len wir zusam­men mit GF Machi­ning Solu­ti­ons ändern.“        Richard Pergler


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