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12.000 Löcher pro zweites mit 1 µm Durchmesser

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Eine neue Generation der ultraschnellen Verfahrenstechnik ist auf dem Markt. Höhere Durchschnittslaser-Energie und größere Impulsenergie verspricht höheren Durchsatz und Leistungsfähigkeit. Wenn es microfilters zum Beispiel verarbeitet ermöglicht dieses es zu den Bohrlochgrößen unten zu unter einem Mikrometer viel schneller. Wenn man die Prozesse einstuft, gibt es einige nicht triviale Interaktionsmechanismen, zum mit zu behaupten, die eins der Themen der „5. UKP-Werkstatt waren: Ultraschnelle Lasertechnologie „in Aachen.

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Ultraschnelle Laser mit Impulsdauer in der Picosekunde und in der Femtosekundestrecke haben einen bedeutenden Boom während der letzten Jahre erfahren. Einige Innovationen in ultraschnellen auf den industriellen Gebieten wie Unterhaltungselektronik verwendet zu werden Laser-Prozessen der Verfahrenstechnikerlaubnis. Multi-100-W ultraschnelle Laser sind jetzt verfügbar, die bedeutende Skalierung vieler Prozesse erlauben.

Die gegenwärtige Herausforderung ist, neue Strahlnanleitung und Prozesskonzepte zu entwickeln, um die großen Durchschnittsleistungen über der Werkstückoberfläche zu verteilen. Es ist die Verfahrenstechnik, die z.Z. die Hauptbeschränkung aufwirft: Laser-Systeme mit hoher Wiederholungsrate erfordern Scanner mit beschleunigt zu 1.000 m-/s und Laser-Systemen mit hoher Impulsenergie, die neue Strahlnspaltung und die Formung von Konzepten zu erfordern, um die Energie zu verteilen. „Sie ist ganz über, wie wir die Energie anwenden,“ sagte Dr. Arnold Gillner, Organisator der „UKP-Werkstatt: Ultraschnelle Lasertechnologie“ in Aachen, die Frage letztes Jahr beschreibend.

Mehrstrahlkonzept: Erzielen des größeren Durchsatzes mit Scanner und beugender Optik

Eine Wahl für die Herstellung des besseren Gebrauches von Impulsenergie ist das Mehrstrahlkonzept, das miteinbezieht, ein Laserstrahl in viele beamlets aufzuspalten. Am Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie ILT, hat ein Team an dieser Technologie seit 2012 gearbeitet. Seit damals haben die Experten gelernt, wie man beugende optische Elemente (tun) für die gerichtete Anwendung von über 200 beamlets in mikro- und in der Nano--Strukturierung benutzt. Dieses erlaubt ihnen, genaue Ergebnisse in der Untermikrometerstrecke zu erzielen.

Für die DAMHIRSCHKUH benutzen sie eine strukturierte Glasoberfläche, auf der Lichtwellen verbogen werden. Die Oberflächenstruktur wird in das Glas mit extremer Präzision unter Verwendung einer nass chemischen Technik geätzt. Infolgedessen ist die statische Strahlnverteilung der DAMHIRSCHKUH viel genauer und beständig als der dynamische Strahl, der die Annäherung formt, die auf Flüssigkristallmodulatoren basiert.

Für die leistungsfähige Werkstoffverarbeitung wird das Laserstrahl durch eine DAMHIRSCHKUH in eine Strahlnmatrix mit vielen parallelen beamlets umgewandelt. Unter Verwendung einer Scanner-System- und -thetaoptik werden die parallelen beamlets dann auf das Werkstück gerichtet und können über das Werkstück entlang allen möglichen Wegen gleichzeitig bewegt werden.

Bohrung von 12.000 Präzisionslöchern pro zweites

Die Mehrstrahltechnik prüft seinen Wert wenn Bohrlöcher in den Metallfilmen mit Stärken von µm 10 bis 50. Herkömmliche Methoden wie Radierung erfordern Vorarbeit und Überarbeitung, die nicht mehr mit Laser-Bohrung notwendig sind. Die Mehrstrahltechnik arbeitet für periodische Strukturen und erfordert glattes, Planum.

In der Mikrobohrung hat das Team von Fraunhofer ILT außerordentlich hohe Präzision erzielt. Mit ihrem neuen Mehrstrahlsystem sind die Experten in Aachen in der Lage, Präzisionslöcher mit Durchmessern von weniger als einem Mikrometer zu schaffen. Der Abstand zwischen Löchern kann auf einigen Mikrometern verringert werden. Um Durchsatz zu erhöhen, arbeiten sie mit einer DAMHIRSCHKUH die über 200 beamlets erzeugt. Auf diese Art haben sie bereits erreicht, über 12.000 Löchern pro zweites mit einem Ausgangdurchmesser von darunter 1 µm zu produzieren.

Das gegenwärtige Ziel der Forscher ist, die Bohrgerätrate weiterer Zunahme, ohne irgendwelche der Qualität zu verlieren. In naher Zukunft ist Bohrgerätrate von 20.000 Löchern pro zweites vorhersehbar.

Wo ist der Fang?

Zusätzlich zur Frage hinsichtlich der rechten Verfahrenstechnik, richtete ein anderes Problem seinen Kopf während der letzten Jahre auf: Die „kalte“ Entfernung von ultraschnellen Lasern, hingegen kaum jede mögliche Hitze im Material für Einzelstrahlnprozesse erzeugt wird, ist ziemlich viel heikler, mit enorm parallel gemachten Prozessen durchzuführen. Mit hoher Wiederholungsrate hohe Impulsenergie und -kurze Entfernungen zwischen Löchern, wird es notwendig, kundengebundenes thermisches Management zu beschäftigen, um die Abarbeitungsstrategie, als andernfalls Prozess-bedingte Zonen der thermischen Schadenform zu optimieren. Die Wissenschaftler in Aachen haben diese Frage mit Erfolg Entfernung angepackt und haben thermisches Management für die Mehrstrahlverarbeitung als Schlüsselfokusbereich für ihre Forschung definiert.

Verschiedene Teams weltweit haben das Problem mittels der Experimente und der Simulationen nachgeforscht und haben verschiedene Ansätze zum Lösen es entwickelt. Die Forscher Fraunhofer ILT in Aachen haben die Prozesse für Einzellochbohrung und auch für die Mehrstrahlverarbeitung optimiert. In diesen Prozessen darf die niedergelegte Laser-Energie einen Grenzwertabhängigen auf dem Material und der Zielgeometrie nicht übersteigen.

Das Ergebnis ist eine patentierte Technologie, die bereits zur Bohrung über 12.000 Löchern pro zweites mit Durchmessern einiger Mikrometer und vollständig unten in die Untermikrometerstrecke fähig ist. So können metallische Oberflächenfilter, mit denen bestimmte Partikel von einander selektiv getrennt werden können, wirtschaftlich produziert werden, zum Beispiel Wasserfilter für mehrfachresistente Mikroben oder für microplastics sowie viele anderen Anwendungen in der Biotechnologie. Der Gebrauch der microfilters ist auch für die Lebensmittelindustrie, zum Beispiel auf dem Gebiet der Sterilfiltration, d.h. interessant, wenn alle Arten Mikroorganismen behalten werden müssen. Andere mögliche Anwendungen umfassen die Filtration des Feinstaubs in P.M.-Klassen von 10 bis 1 oder die mechanische Trennung von Weiß und die roten Blutkörperchen in der medizinischen Technologie, um gerade einige Anwendungen für microfilters zu nennen.