Digital Photonic Production für die Mikrotechnik

Optische Technologien bieten für die unterschiedlichsten Branchen ein enormes Innovationspotenzial, das weit über die industrielle Automatisierung hinausgeht. Mit dem LaserForum hat der Fachverband IVAM eine neue Veranstaltungsreihe ins Leben gerufen, in der Experten diese Zukunftsmärkte und Trendthemen für optische Technologien umfassend darstellen. Die Partner des Forums sind das Fraunhofer ILT, das Laser Zentrum Hannover e.V., die LIMO Lissotschenko Mikrooptik GmbH sowie die Ruhr-Universität Bochum. Zum Auftakt der neuen Reihe lud das Fraunhofer ILT am 28. November 2013 nach Aachen zum Thema »Digital Photonic Production für Mikroteile« ein. Schwerpunkte der Veranstaltung waren die additive Laserfertigung für Mikrobauteile, Laserabtrag und -tempering in der digitalen Prozesskette sowie aktuelle Strahlquellenkonzepte.

Individualisierte Produktion: Herausforderungen und Chancen
»Digital Photonic Production« bezeichnet die Vernetzung der digitalen Welt mit der realen Welt der Fertigung. Der Erfolg von Laserfertigungs- bzw. bearbeitungsverfahren auf Basis von Computerdaten ist durch die Faktoren Zeit, Kosten und Qualität bestimmt. Experten umrissen im LaserForum die Herausforderungen und Möglichkeiten der additiven Verfahren Selective Laser Melting (SLM) und Laserauftragschweißen (Laser Metal Deposition, LMD) hinsichtlich der verwendbaren Materialien sowie der benötigten Anlagen. SLM-Verfahren sind heute bereits weit über das Stadium der Prototypenfertigung vorangeschritten und stellen mit geringen Stückkosten und höchster Flexibilität einen wichtigen Bauteil moderner Fertigungsketten dar. LMD-Verfahren, die bisher überwiegend in der Makrotechnik anzutreffen waren, finden durch neue System- und Prozesstechniken nun auch den Einzug in die Mikro- und Feinwerkwelt.

Innovative Einsatzmöglichkeiten von Lasertechnik
Neben vielen anderen Bereichen bietet die Medizintechnik ein breit gefächertes Einsatzgebiet für optische Technologien, beispielsweise zur Herstellung beliebiger Strukturen mit Fotolithographie für die Mikrofluidik durch 2-Photonen-Polymerisation. Ein anderes Einsatzgebiet stellt der Bereich der individualisierten Implantate zum Beispiel mit biodegradierbaren Materialien durch additive Fertigungsverfahren dar. Das Hochgeschwindigkeitslasertempern für großflächige Dünnschichtelektronik sowie Verfahren zur Laserstrukturierung von Gläsern und Halbleitern wurden als weitere Einsatzbereiche optischer Technologien vorgestellt. Bei all diesen Applikationen kommen die spezifischen Vorteile der Lasertechnik zum Tragen: Die zu erzeugende Bauteilgeometrie wird lediglich durch Änderung der Bestrahlungsgeometrie, also eine werkzeuglose Strahlbewegung, erzeugt. Die Digitale Photonische Produktion zeigt dabei, dass bei entsprechender Maschinen- und Verfahrenstechnik hochgenaue Produkte für ein weites Anwendungsfeld hergestellt werden können.

Geeignete Strahlquellen
Einen Überblick über den aktuellen Stand der Strahlquellen für die laserbasierte Mikromaterialbearbeitung bot die Session »Strahlquellenkonzepte«. Laserhersteller zeigten den Teilnehmern, unter welchen Bedingungen der Einsatz von Kurzpuls- und Ultrakurzpulslasersystemen oder Hochleistungs-Ultrakurzpulslasersystemen für den Mikrobereich sinnvoll sind. Neue Hochleistungs-Lasersysteme bis in Bereiche größer 100 W eröffnen der Ultrakurzpulstechnik Anwendungen auch im Makrobereich zur Herstellung funktionaler Strukturen mit Genauigkeiten im Mikrometerbereich. Das nächste LaserForum findet im Herbst 2014 statt.