Durch eine Zusammenarbeit des Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) mit den Mittweidaer Firmen ACSYS Lasertechnik GmbH und MOEWE Optical Solutions GmbH wurde weltweit erstmalig eine schnelle Laser-Mikrogravur mit Polygonscanner in einer industriellen Anlage praktiziert. Dadurch kann zukünftig eine größere Laserleistung genutzt und der Gravierprozess weiter beschleunigt werden. Wichtig ist die Tatsache nicht so sehr bei kleinflächigen Gravuren z.B. für Münzwerkzeuge, bei denen ACSYS schon jetzt sehr erfolgreich am Markt vertreten ist, sondern vor allem beim Strukturieren von großen Flächen. Ein Einsatzfeld der neuen Technologie ist z.B. die Mikrogravur von Druckwalzen, wie sie bei der Frankenberger Firma Sächsische Walzengravur GmbH benötigt werden.
Fokus Forschung: Mit ultraschnell abgelenkten Laserstrahlen mikroskopisch kleine Gravuren schaffen
Fokus Forschung: Mit ultraschnell abgelenkten Laserstrahlen mikroskopisch kleine Gravuren schaffen
Erfolgreiche Zusammenarbeit des Laserinstitut Hochschule Mittweida mit regionalen Firmen schafft Weltneuheit
Ermöglicht wurde die Zusammenarbeit durch das Projekt „Holumi 3D“ im branchenübergreifenden Netzwerk GRAVOmer, in dem das LHM und alle beteiligten Firmen als Mitglieder vertreten sind. GRAVOmer verknüpft das Knowhow von Technologie- und Materialentwicklern mit den Anwendungspotentialen von Produktentwicklern mit dem Ziel, funktionale Oberflächen für nahezu alle Branchen mit intelligenten Funktionen zu entwickeln.
Für die hochpräzise Mikrogravur werden vor allem Laserquellen mit ultrakurzen Pulsen im Femtosekunden (fs)- oder Pikosekunden (ps)- Bereich genutzt. Dies erlaubt den Abtrag von Material mit geringer Schmelzbildung. Durch die Wissenschaftler:innen in der Arbeitsgruppe von Professor André Streek wurden optimale Parameter gefunden, so dass eine für Ultrakurzpulslaser hohe Leistung von 60 W mit einer hohen Scangeschwindigkeit von 40 m/s für die Erzeugung der Mikrostrukturen appliziert werden konnte. Diese Scangeschwindigkeit kann nur mit einem Polygonscanner, wie er hausintern entwickelt wurde, erreicht werden. In der Projektzusammenarbeit gelang es, schwierige Ansteuerprobleme zu lösen und den Scanner in eine Laser-Graviermaschine für große Flächen zu integrieren, so dass am Ende die hohe Scangeschwindigkeit präzise genutzt werden kann.
Bereits vorher wurde in dem Inno Teams Projekt (Förderung ESF / SAB) „Hochrate Materialabtrag von Werkzeugstahl mittels Ultrakurzer Laserpulse“ von den Wissenschaftler:innen in der Arbeitsgruppe von Professor Steffen Weißmantel mit der Firma ACSYS eine Technologie zum Polieren von solchen Mikrostrukturen entwickelt (Pulse Forging). Dabei wird der Ultrakurzpulslaser in ungewöhnlicher Weise so genutzt, dass doch eine Schmelze entsteht und die Oberfläche dadurch geglättet werden kann. Pulse Forging wurde von der Hochschule Mittweida patentiert und wird von der ACSYS Lasertechnik GmbH in Lizenz genutzt.
Mit einer Kombination der beiden Technologien können nun erstmals die Laser-Mikrogravur in hoher Geschwindigkeit und hoher Qualität ausgeführt und Marktanteile neu erschlossen bzw. erweitert werden. Vorteilhaft bei der Entwicklung der Technologiekombination erwies sich die enge Verzahnung der beteiligten Firmen einerseits durch die örtliche Nähe und andererseits durch die enge Verknüpfung und Unterstützung mit und von der Hochschule Mittweida. Beide Firmen beschäftigen Absolvent:innen, die an der Hochschule und dem Laserinstitut ausgebildet wurden.
Das LHM nimmt bei der Forschung für die ultraschnellen Hochrate-Laserprozesse weltweit eine führende Rolle ein. Die Professoren André Streek, Udo Löschner und Steffen Weißmantel arbeiten mit den Kolleg:innen ihrer Forschungsgruppen parallel an der Nutzung und Optimierung der neuen Möglichkeiten der Lasertechnik.
Text: Robby Ebert
Fotos: ACSYS Lasertechnik GmbH