Lasertechnik für die Oberflächenbehandlung

Die Lasertechnik bietet vielfältige Möglichkeiten zur Reinigung und Modifikation von Oberflächen. Beispielsweise können Metalloberflächen gegenüber einer Korrosion beständiger gemacht, die Haftfestigkeit eines Lacks oder Klebstoffs verbessert oder speicherfähige und Flüssigkeiten transportierende Schichten erzeugt werden. Das Laserverfahren kann sowohl für flächige als auch für lokale, maskenlose Behandlungen genutzt werden und zeichnet sich durch eine umweltschonende und ressourceneffiziente Prozesstechnik aus. Das Fraunhofer IFAM entwickelt seit vielen Jahren maßgeschneiderte Laserprozesse für die Reinigung und Funktionalisierung verschiedenster Oberflächen.

Laser – was ist das eigentlich?

Laser ist ein Akronym für das englische „light amplification by stimulated emission of radiation“ (übersetzt: „Licht-Verstärkung durch stimulierte Emission von Strahlung“) und bezeichnet dabei sowohl den Prozess als auch die Systeme, mit der die entsprechende Strahlung erzeugt wird. Vereinfacht ausgedrückt: Ein Laserstrahl ist ein sehr intensives Licht, das wie unter einem Vergrößerungsglas auf eine Oberfläche fokussiert wird und diese abtastet. Die Laserstrahlung hat eine von der Laserquelle abhängige feste Wellenlänge, wodurch unterschiedliche Effekte auf der bestrahlten Oberfläche erzeugt werden. Je nachdem welche Eigenschaften erzeugt werden sollen und welche Materialklasse – Metall, Kunststoff, Verbundmaterial, Keramik, etc. –  bearbeitet wird bieten sich verschiedene Laserquellen an. Laser können beispielsweise zum Schneiden oder Schweißen von Oberflächen verwendet werden und bringen dabei hohe Temperaturen in das Material ein. Im Gegensatz dazu verwendet man für die Oberflächenbehandlung häufig gepulste Laser, deren Wirkung sich nahe an der Oberfläche bewegt (wenige 10 nm bis wenige µm Tiefe) und das Grundmaterial nicht beeinflusst.

Vielfältige Möglichkeiten der Reinigung und Gestaltung von Oberflächen

Das Potenzial der Lasertechnik wird bei der Oberflächenvorbehandlung optimal genutzt. Die kurzen Laserpulse können aufgrund ihrer hohen Energie Verunreinigungen, Trennmittelrückstände, instabile Deckschichten oder Oxide in Bruchteilen von Sekunden verdampfen und abtragen. Die verdampften Abtragsprodukte können durch eine einfache Absaugung direkt am Ort der Entstehung entfernt werden. Darüber werden je nach Wahl des Lasersystems und der Prozessparameter die Oberflächenchemie und Topographie angepasst. Leichte Glättungseffekte sind bei Metallen genauso möglich wie die Einbringung gezielter Strukturen, welche zu verschiedenen funktionellen Eigenschaften, z.B. einer Verbesserung der Haftfestigkeit von Lacken oder Klebstoffen, führen. Vergleichbare Effekte sind auch auf Polymeren oder Verbundwerkstoffen möglich. Zudem können bestehende Metalloxide dicker und dichter und damit beständiger gemacht oder auch reduziert werden. Bei geeigneter Prozessführung lassen sich verschiedene Effekte mit nur einem einzelnen Verfahrensschritt erzielen.

Beispiele für mögliche Anwendungen eines Lasers für die Oberflächenbehandlung sind:

• Verbesserte Haftfestigkeit und Alterungsbeständigkeit von Klebungen und Lackierungen
• Reinigen und Entschichten
• Beeinflussung des Benetzungsverhaltens
• Optische Gestaltung von Oberflächen
• Flüssigkeitstransport und –speicherung bzw. -abgabe
• Verbesserte biologische Kompatibilität (z.B. für medizinische Anwendungen)

Nachhaltigkeit im Fokus

Industrielle Laserquellen ermöglichen eine qualitätsgesicherte und umweltschonende Bearbeitung von Werkstoffoberflächen. Im Gegensatz zu vielen nasschemischen und mechanischen Methoden wird beim Einsatz der Lasertechnik komplett auf umwelt- und gesundheitsgefährdende Chemikalien verzichtet. Somit entstehen nur sehr geringe Mengen Abfall, wodurch neben dem positiven Effekt für die Umwelt auch die Kosten für eine aufwendige Entsorgung entfallen. Zudem können relevante Bauteilbereiche gezielt lokal und selektiv behandelt werden, was zu Zeit- und Kostenersparnis führt. Neben handgeführten Systemen erfolgen primär eine inline-fähige und / oder robotergestützte Prozessführung.

Ihr kompetenter Partner bei der Laserbehandlung von Oberflächen

Das Fraunhofer IFAM hat jahrzehntelange Erfahrung im Bereich der Lasertechnik. Wir sind mit folgenden Angeboten für Sie da:

• Kommerzielle Laseranlagen für unterschiedliche Behandlungseffekte und Materialklassen
• Auswahl geeigneter Lasertypen je nach Anforderungsprofil
• Fundierte Kenntnisse im Bereich der Laser-Substrat-Wechselwirkungen und der Prozesskontrolle sowie -steuerung
• Beratungen bei Entwicklungen / Prozesseinführungen sowie bei der Auslegung von   Laserzellen
• Breites Netzwerk an Partnerfirmen für mögliche Umsetzungen

Die Oberflächentechnik ist eine Kernkompetenz des Fraunhofer IFAM. Die Arbeitsgruppe »Lasertechnik« entwickelt Prozesse für die Oberflächenbehandlung verschiedenster Materialen auf Basis von industriell etablierten oder verfügbaren Systemkomponenten. Die Anwendungsfelder reichen vom Automobilbau, über die Flugzeugherstellung und Consumer Electronics bis hin zur Medizintechnik.