Fraunhofer ILT

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

© Foto Fraunhofer ILT

Mit rund 370 Mitarbeitern und über 11.000 m² Nutzfläche zählt das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT weltweit zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungsinstituten im Bereich Laserentwicklung und Laseranwendung. Unsere Technologiefelder umfassen Laser und Optik, Lasermesstechnik, Medizintechnik und Biophotonik sowie Lasermaterialbearbeitung. Hierzu zählt beispielsweise das Schneiden, Abtragen, Bohren, Schweißen und Löten sowie die Oberflächenbearbeitung, die Mikrofertigung und das Rapid Manufacturing. Übergreifend befasst sich das Fraunhofer ILT mit Laseranlagentechnik, Prozessüberwachung und -regelung, Modellierung sowie der gesamten Systemtechnik. Unser Leistungsspektrum reicht von Machbarkeitsstudien über Verfahrensqualifizierungen bis hin zur kundenspezifischen Integration von Laserprozessen in die jeweilige Fertigungslinie.

Transparente 3D-Mikrobauteile fertig montiert

© Foto Fraunhofer ILT, Aachen

Prof Peil und sein Team erforschen Schwämme: vlnr: Christian Gurgui, Jörn Piel , Michael Freeman, Maximilian Helf, Brandon Morinaka, Agus Uria

© Foto Fraunhofer ILT, Aachen/Volker Lannert

bn_lan Foto: Volker Lannert

Am ILT wurde in Kooperation mit dem Lehrstuhl LLT der RWTH ein Laserfertigungsverfahren entwickelt, mit dem sich der Fertigungsprozess von Mikrobauteilen aus transparenten Materialien zeitlich verkürzen sowie Material und Energie einsparen lässt. Nun haben die Experten das Selektive Laserinduzierte Ätzen (in-volume selective laser etching, ISLE) auf die Herstellung zusammengesetzter und montierter Bauteile übertragen. Damit wird eine Justierung und Montage der einzelnen Komponenten in mikromechanischen Systemen überflüssig. Die Belichtungszeit eines Zahnrades mit drei Millimetern Durchmesser, das bereits auf einer Welle montiert und in einem Gehäuse eingebaut ist, beträgt nur noch rund 15 Minuten.

Das ISLE-Verfahren:

Der Prozess läuft folgendermaßen ab: Mittels ultrakurz gepulster Laserstrahlung wird ein transparentes Werkstück mit 3D-Auflösung im Volumen genau dort belichtet, wo Material entfernt werden soll. Das Material wird chemisch und physikalisch so verändert, dass es selektiv ätzbar wird. Im anschließenden nasschemischen Ätzprozess wird das belichtete Material entfernt, während das unbelichtete Material vom Ätzprozess nahezu nicht beeinflusst wird. Auf diese Weise lassen sich Mikrokanäle, Formbohrungen, strukturierte Bauteile sowie komplexe, zusammengesetzte, mechanische Komponenten und Systeme herstellen. Das ISLE-Verfahren kann neben Rubin auch für Saphir oder Glas verwendet werden. Es ist reproduzierbar und in der Lage, serienidentische Geometrieanforderungen der Bauteile zu gewährleisten. Dabei bietet das ISLE-Verfahren eine große Geometrie- und Designfreiheit. Formgenauigkeiten kleiner einem Mikrometer sowie Schnittfugen und Bohrungen mit extrem großen Aspektverhältnissen aufgrund des kleinen Fokusvolumens zeichnen das ISLE-Verfahren besonders aus. Mit dem ISLE-Verfahren lässt sich eine große Material- und Energieeffizienz realisieren, die mit abtragenden Verfahren auch bei fortschreitender Entwicklung prinzipiell nicht erreicht werden kann.

Skalierung für die industrielle Anwendung:

Die zentrale Aufgabe der ILT-Forscher besteht nun darin, das ISLE-Verfahren den Herstellern von Mikrobauteilen zur Verfügung zu stellen. Im Fokus steht dabei die kontinuierliche Verbesserung der Skalierbarkeit des Verfahrens, um den zukünftigen Transfer von der Forschungseinrichtung in die industrielle Fertigung zu ermöglichen. »Je nach Anwendung wird das ISLE-Verfahren individuell an die Anforderungen des Kunden angepasst. Die Erfüllung der geforderten Bauteilspezifikationen bei gleichzeitig ausreichend schneller Strukturierung ist für uns die größte Herausforderung.« Die Geschwindigkeit der Belichtung liegt derzeit bei mehreren hundert Millimetern pro Sekunde. Ziel ist eine Steigerung auf mehrere Meter pro Sekunde. Für die Belichtung eines montierten, drei Millimeter großen Zahnrades von derzeit 15 Minuten würde dies eine Verringerung um den Faktor 10 bedeuten.