Twee nieuwe ontwikkelingen van het Fraunhofer ILT in Aken, waaronder multistraaltechnologie, openen nieuwe perspectieven voor het lasermicrobewerken van onder andere gereedschappen, microzeefjes en maskers. Hiermee kun je functionele oppervlakken aanbrengen zonder een enkele nabewerking. Een toepassing is het verbeteren van tribologische eigenschappen.

 

Functionele oppervlakken voor betere tribologische eigenschappen
Zeer fijne structuren, doorgaans niet dieper dan enkele micrometers, worden tot nog toe aangebracht met mechanische bewerkingen of met een nanosecondelaser. Het nadeel van dit lasertype is echter dat vaak teveel energie in het oppervlak wordt gebracht, waardoor dit smelt wat weer nabewerking vraagt. De ultrakortepulslaser is voor het lasermicrobewerken eigenlijk veel beter geschikt. Doordat de energiedichtintensiteit aan het oppervlak zeer hoog is, wordt het materiaal niet uitgeworpen. Daarnaast kun je met deze laserbron zeer hoge nauwkeurigheden bereiken en op enkele honderden nanometers precies caviteiten maken. Het nadeel is dan weer dat het proces erg langzaam is: de hoeveelheid materiaal die je met de ultrakortepulslaser weghaalt is gering. Kortom: er zitten haken en ogen aan dit type laser.

Met 16 stralen, afkomstig uit een straal, bewerkt het Fraunhofer ILT gelijktijdig.

Met 16 stralen, afkomstig uit een straal, bewerkt het Fraunhofer ILT gelijktijdig.

Snelle scanner en nieuw optiek
De Akense onderzoekers zijn nu op het idee gekomen dat als je de laserstralen maar snel genoeg afbuigt, je in het werkstuk geen last krijgt van het te hoge vermogen van de straal op het punt waar de straal het materiaal raakt. Dat doen ze met een polygoonscanner, die scansnelheden tot 350 meter per seconde haal. En als je de hoge scansnelheid combineert met een hoge pulsfrequentie, hou je de pulsenergie laag wat tot een goede oppervlaktekwaliteit leidt. Om nog sneller te kunnen werken, is een heel nieuw type optisch element gebouwd dat de laserstraal verdeelt in meerdere stralen. Dit gebeurt met het Diffractief Optisch Element (DOE). Het verdeelt de laserstraal in 16 deelstralen die weer op de scannerspiegel worden geprojecteerd. Hierdoor lukt het om met een laserstraal op 16 plekken op het werkstuk tegelijk te bewerken. Ze doen wel dezelfde bewerking. Daarmee vertienvoudigt de bewerkingssnelheid van het lasermicrobewerken. In een test in het ILT-laboratoria zijn de onderzoekers er al in geslaagd om de laserstraal in 144 deelstralen op te delen. Verdere opschaling is zeker niet ondenkbaar. Wel moet de microstructuur die de laserstralen aanbrengen telkens dezelfde zijn.

Hoogvermogen lasers
De Fraunhofer-onderzoekers zien nu kansen om de hoogvermogen ultrakorte pulslasers die momenteel beschikbaar zijn, in te zettten voor het aanbrengen van microstructuren op grote oppervlakken. Dat kan straks op een rendabele wijze gebeuren. Het Fraunhofer ILT heeft inmiddels een prototypemachine hiervoor gebouwd, die met nieuwe projecten rijp gemaakt moet worden voor industriële inzet. Tijdens de tweedaagse UKP workshop op 17 en 18 april in Aken presenteren de onderzoekers de resultaten. Dan gaat men ook verder in op de onderzoeksresultaten uit het SmartSurf project. Hierin is onderzocht of je met deze technologie de wrijvings- en slijtage-eigenschappen van metalen componenten die elkaar raken, kunt verminderen door het aanbrengen van micrometer diepe kraters. Denk bijvoorbeeld aan zuigerringen in een cilinder.

Aanmelden voor de workshop ultrakortepulslasertechnologie op 17 en 18 april in Aken kan via de website.

Foto’s: Fraunhofer ILT