Die Laserstrukturierung mit Ultrakurzpulslasern ermöglicht die Herstellung funktionaler Mikro- und Nanostrukturen in beliebige Oberflächen. Da hierbei üblicherweise nur ein Strahl einer Laserstrahlquelle die Arbeit verrichten, war dieser Ansatz für die Mikro- und Nanostrukturierung großer Prägewalzen, mit denen sich wiederum Strukturen in Stoffe, Leder oder Karton prägen lassen, zu zeitaufwändig und damit zu teuer. Prägewalzen wurden daher bislang über Ätzprozesse hergestellt. Umwelttechnisch alles andere als ideal – aber es fehlte bislang eine wirtschaftliche Alternative.
Nicht ätzend
Eine »Kooperation« der ganz eigenen Art lässt die Laserstrukturierung erstmals rentabel werden. Der Clou: Statt nur einen ultrakurz gepulsten Laserstrahl über die Oberfläche zu lenken, wird die Laserenergie in eine Vielzahl von Laserstrahlen gleicher Leistung aufgeteilt. Genauer gesagt: In 200 Teilstrahlen. Durch ein spezielles optisches System lassen sich diese einzeln schalten und in ihrer Leistung modulieren, so dass ein neues digital steuerbares Werkzeug entsteht. Da viele »Werkzeuge« gleichzeitig die Oberfläche bearbeiten, ist der Prozess um ein vielfaches schneller als der herkömmliche Laserbearbeitungsprozess. Erstmalig lassen sich somit auch große Bauteile unter wirtschaftlichen Randbedingungen bearbeiten. Entwickelt wurde die Technologie von Dr. Arnold Gillner, Martin Reininghaus und Dr. Johannes Finger vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT im Verbundprojekt MultiSurf gemeinsam mit Dr. Stephan Brüning von der Schepers GmbH & Co. KG, Dr. Gerald Jenke von der Matthews International GmbH, Dr. Keming Du von der EdgeWave GmbH Innovative Laser Solutions und Dr. Manfred Jarczynski von der LIMO GmbH. Dafür erhalten sie den Wissenschaftspreis des Stifterverbandes »Forschung im Verbund«.
»Wir betreiben praktisch die Kunst des ›Werkzeugklonens‹«, sagt Gillner, Abteilungsleiter am Fraunhofer ILT. »Das ist ein Paradigmenwechsel in der Fertigung: Denn bisher kommt immer nur ein Werkzeug zum Einsatz.« Was einfach klingt, ist überaus kompliziert. Denn um den Laserstrahl aufzuteilen, ist eine komplizierte Strahlführung nötig, die nicht dazu führen darf, dass der Laserstrahl Energie einbüßt. Auch die Strahlqualität muss optimal bleiben. Die Forscher entwickelten daher den entsprechenden Laser, die notwendigen Optiken und passten die Technologie prozessseitig an. Simulationen halfen dabei, das generelle Prozessverständnis zu verbessern.
Kooperation auch auf menschlicher Ebene
Nicht nur die Laserstrahlen kooperieren bei dem Projekt auf optimale Weise. So ist bei der Firma Schepers in Kooperation mit der Firma LIMO bereits eine Acht-Strahl-Laserstrukturierungsanlage in Betrieb und die Matthews International GmbH stellt über das neue Laserverfahren entsprechende Druckwalzen her. Auch diese Zusammenarbeiten haben die Jury von dem Projekt überzeugt. Besonders wichtig war ihr, dass sich im Verbund die Wertschöpfungskette passgenau abbilden lässt – und der Ansatz für die mittelständischen Unternehmen wirtschaftlich umsetzbar ist.
Fraunhofer-Gesellschaft
