Strukturieren und Polieren mit UKP-Laserstrahlung

Diamond-Like-Carbon(DLC)-Beschichtungen zeigen großes Potenzial hinsichtlich der Reibungsreduzierung und Lebenszeitverlängerung von hochbeanspruchten Polymerbauteilen, wie z. B. Gleitlagern oder Elastomerdichtungen. Jedoch weist die DLC-Beschichtung in der Praxis eine unkontrollierbare Rissmorphologie auf. Aufgrund der unterschiedlichen Duktilität von Polymersubstrat und DLC-Beschichtung wird die Beschichtung unter Last weiter fragmentiert bis hin zur Delamination.

Das Fraunhofer ILT und das Fraunhofer IWM haben durch eine gezielte Strukturierung von Elastomersubstraten eine vordefinierte Morphologie der DLC-Beschichtung erreicht. Eine weitere Fragmentierung kann damit vermieden werden, sodass eine höhere Resistenz gegenüber Delamination erreicht wird. Durch die Kombination aus Laserstrukturierung und DLC-Beschichtung wird die Fertigung von reibungsarmen und gleichzeitig flexiblen, hochbeanspruchten Elastomerkomponenten möglich.

Die Anwendung von UKP-Strukturierungsprozessen auf großen Flächen scheitert heute häufig an der Prozessdauer und den damit verbundenen Kosten. Ziel des MultiFlex-Projekts ist es, durch flexible Multistrahlbearbeitung, die Produktivität von UKP Prozessen deutlich zu steigern.

Nachdem die konzeptionelle Phase des Projekts im Frühjahr 2020 abgeschlossen wurde, können wir nun in einem Video einen Einblick in unser Projekt und das Maschinenkonzept für den MultiFlex-Ansatz zur Laserbearbeitung geben. Begleiten Sie uns auf einer Reise, die mit der Idee hinter MultiFlex beginnt, dem Laserstrahl durch die Maschine folgt und einige der vielen möglichen Anwendungen beleuchtet!

Die industrielle Lasertexturierung ist derzeit noch von Nanosekundenlasern geprägt. Neue Ansätze zeigen, dass mittels UKP-Laserstrahlquellen die Produktivität von Nanosekundenlasern bei gleichbleibender Qualität um einen Faktor 4 übertroffen wird. Eine Abtragsrate von bis zu 20 mm³/min mit einer Oberflächenrauheit von Ra = 1,5 µm kann dabei erreicht werden. Auch Rauheiten von < 0,5 µm können mit einer Abtragsrate von bis zu 10 mm³/min erzielt werden. Die photonische Prozesskette zeigt, dass mit dem universellen Tool eines UKP-Lasers auch Folgeprozesse wie Reinigen und Polieren in derselben Anlage ohne aufwendiges Rüsten oder Umspannen des Werkstücks durchgeführt werden können.

Kunststoffverkleidungen im Pkw werden heute mit verschiedenen Verfahren geprägt. Die Herstellung der Werkzeuge dafür dauert allerdings extrem lange. Mit einer neuen Lasermaschine, die einen leistungsstarken Ultrakurzpulslaser sowie eine optimierte Software und Prozesssteuerung nutzt, geht das dreimal so schnell und dabei werden noch feinere Strukturen möglich. Das Know-how für die verschiedenen Komponenten und Prozesse wurde im Projekt »eVerest« von Partnern aus Forschung und Industrie entwickelt.

Mit der neuen Prozesssteuerung in der Maschine lassen sich auch mehrere Arbeitsschritte nacheinander in derselben Aufspannung durchführen. So kann zum Beispiel eine prozessbedingte schwarze Oxidschicht nach dem Laserstrukturieren mit dem Laser beseitigt werden. Durch das Aneinanderreihen der Prozesse Laserstrukturieren, Laserreinigen und Laserpolieren entsteht eine photonische Prozesskette.