Funktionale Oberflächen

4JETs wirtschaftliche Lösung für die lasergestützte großflächige Oberflächenstrukturierung

Laserverfahren werden heute in unzähligen industriellen Anwendungen zum Schneiden, Schweißen, Abtragen, Polieren, Glühen, Vorbehandeln und im Allgemeinen zur Modifizierung von Materialien auf die eine oder andere Art und Weise eingesetzt. Nahezu all diese Verfahren beruhen auf einem relativ einfachen Laserstrahl, der stark auf das Material fokussiert wird, um einen der oben genannten Effekte innerhalb eines winzigen Volumens auszulösen. Dieser Laserspot wird dann mit Hilfe von Hochgeschwindigkeits-Ablenksystemen sehr schnell über die Oberfläche bewegt, um den zu behandelnden Bereich abzudecken oder das gewünschte Muster zu erzeugen. Bei größeren Flächen ist das am Ende so, als würde man mit einem winzigen Pinsel über einen Rathausplatz fegen- es dauert ewig. 

LALIP – Large Area Laser Interference Patterning

Lassen Sie uns anders denken. Bei vielen dieser Anwendungen muss der Laser eine Art sich wiederholendes, periodisches Muster auf der Oberfläche erzeugen. Genau für diese Anwendungen hat 4JET eine völlig neue und innovative Technologie entwickelt, um solche periodischen Muster im Vergleich zur herkömmlichen Laserbearbeitung schneller, genauer und zuverlässiger zu erzeugen. Wir nennen sie LALIP - Large Area Laser Interference Patterning.

Wechselwirkung zwischen Laserstrahlen

Das Zauberwort in diesem Zusammenhang lautet " Interferenz". Denken Sie an Ihren Physikunterricht in der Schule zurück: Eine der vielen faszinierenden Eigenschaften von Laserstrahlen ist Ihre Kohärenz, d.h. alle Wellenzüge eines Laserstrahls haben untereinander eine feste Phasenbeziehung.  Das hat zur Folge, dass immer dann, wenn sich zwei oder mehr Laserstrahlen kreuzen und überlappen, sie zeitlich und räumlich stabil miteinander wechselwirken bzw. interferieren. In einigen Bereichen ihrer Interferenz erzeugen sie gemeinsam sehr helles Licht (additive Überlagerung), in anderen Bereichen heben sie sich sogar gegenseitig auf (subtraktive Überlagerung) und lassen Bereiche völlig dunkel: Die Laserstrahlen interferieren und erzeugen ein wechselndes, periodisches Lichtmuster.

 

Hochgeschwindigkeitsbearbeitung dank LALIP

Mit "Large Area Laser Interference Patterning" (LALIP) nutzten wir bei 4JET genau dieses periodische Lichtmuster, um Materialien periodisch zu schneiden, zu schweißen, abzutragen, zu polieren, zu tempern, vorzubehandeln und zu modifizieren. Anstatt nur einen winzigen Laserpunkt zu verwenden, werden gleichzeitig hunderte, tausende oder Millionen "Laserpunkte" erzeugt und zur Behandlung des Materials verwendet. Die Anwendungen sind zahlreich.

LALIP erzeugt periodische Oberflächenstrukturen durch Laserablation. Das Ergebnis von LALIP sind Topographien, die die Haftung oder den elektrischen Kontakt verbessern, Mikrofluidik kanalisieren oder die Lagerschmierung  verbessern, Licht streuen oder brechen, haptische Eigenschaften verändern oder einfach die Oberfläche vergrößern. Eine reine Materialmodifikation durch LALIP kann Metamaterialien ergeben, bei denen die Materialeigenschaften richtungsabhängig sind, wohingegen ein LALIP-Schneideprozess Tausende von perfekt parallelen Schnitten mit einer Bewegung erzeugen kann.

Zahlreiche Anwendungsbereiche für LALIP

Mögliche Anwendungsgebiete für LALIP sind vielfältig, z.B. in der Luftfahrtindustrie, in Windkraftanlagen, Pipelines, Transportfahrzeugen usw., überall dort, wo winzige, homogene und sich wiederholende Muster auf großen Flächen wirtschaftlich erzeugt werden sollen.

LEAF — Strömungsoptimierung für CO2-Einsparung und geringeren Kerosinverbrauch

Auf dem LALIP Prinzip basiert auch unsere LEAF-Technologie - kurz für Laser Enhanced Air Flow. Hier setzen wir das Prinzip der Laserinterferenz ein, um sogenannte Riblets in Lacksysteme für Flugzeuge zu strukturieren

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Technical Papers

A model for direct laser interference patterning of ZnO:Al – predicting possible sample topographies to optimize light trapping in thin-film silicon solar cells

Journal
Applied Physics A
122:445

DOI
10.1007/s00339-016-9974-1

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