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Laserabtragen

Das präzise Abtragen eines Werkstoffes auf einer Oberfläche findet in vielen wichtigen Gebieten der industriellen Fertigung und Laser-Mikromaterial-Bearbeitung statt. Um was es sich bei einer Laserabtragung genau handelt, erklären wir Ihnen in diesem Beitrag.

Laserabtragung – was ist das? 

Unter dem Begriff Laserabtragung versteht man eine komplexe Laser-Technologie, die mit gepulster Laserstrahlung präzise und gezielt ausgewählte Materialschichten abträgt. Mit einem Pulslaser wird das Licht nicht kontinuierlich emittiert, sondern in zeitlich begrenzten Portionen (Pulsen) abgegeben. Je nach zeitlichem Abstand der Pulse gibt es sogenannte Kurz- oder Ultrakurzpulslaser. Auch bei der Laserabtragung kommen diese Pulslaser zum Einsatz. Dieses Verfahren ist auch unter dem Namen Laserablation oder Laserverdampfen bekannt. Die Präzision der Laser ermöglicht ein flächiges, punkt- und linienförmiges Abtragen sehr dünner Schichten, ohne dabei die darunterliegende Beschaffenheit zu beschädigen. Die Laserabtragung eignet sich hervorragend für hochtemperaturfeste, sehr harte und nicht leitende Materialien, die mit konventionellen Verfahren (Schleifen, Fräsen) schwer oder gar nicht zu bearbeiten sind. Dieses Verfahren findet unter anderem in der Fertigung elektronischer Bauteile und der Medizin seine Anwendung.

Eingesetzt wird das Laserablations-Verfahren unter anderem bei folgenden Materialien:

  • Metall
  • Kunststoffe
  • Keramische Werkstoffe
  • Wolfram

Laserabtragen – wie funktioniert das?

Die Energie der Lichtteilchen des feinen Lasers wird auf die Elektronen des Festkörpers übertragen. Die Anwendung eines Femto-Lasers ist die weltweit feinste und präziseste Methode der Laserablation. Eine Femtosekunde ist der millionste Teil einer milliardstel Sekunde.

Laserpulse im Femtosekundenbereich

Mit den Femtosekunden-Pulsen erhitzen sich die Elektronen des Werkstückes in kürzester Zeit. Dieser Temperaturanstieg erzeugt thermische Schwingungen. Die kurzen Laserpulse können zum Aufbrechen von chemischen Bindungen führen und den Festkörper verlassen. Mit dieser Ultrakurzpuls-Methode können kleinste Reichweiten von gerade mal 0,01 mm hochpräzise bearbeitet werden. Diese Methode ist so fein, dass optische Effekte wie Hologramme in Kunststoff / Metall und Gravuren erstellt werden können, ohne dabei in die Tiefe des Materials vorzudringen. Neben dem Femto-Laser gibt es zudem ein thermisches Trennverfahren, das mit Laser-Pulsen im Nanosekundenbereich arbeitet.

Laserpulse im Nanosekundenbereich

Im Nanosekundenbereich führt die erzeugte Energie der Laser zur Erwärmung der Oberfläche des Werkstückes. Dank des langsamen Energietransports in die Tiefe (Volumen) des Materials kann die eingestrahlte Kraft des feinen Lasers so zielgenau angewendet werden und präzise auf eine sehr dünne Schicht oder einen ausgewählten Bereich fokussiert werden. Bei einer Pulslänge von 10 Nanosekunden dringt die Energie des Laserpulses ungefähr 1 Mikrometer in die Oberfläche ein. Durch die hohe Temperatur kommt es direkt zum Verdampfen des Materials. 

Anwendungen und Methoden der Laserabtragung

Beschichtung

Bei der sogenannten Pulsed Laser Deposition handelt es sich um eine Technologie, bei der das abgetragene Material zur Beschichtung einer anderen Oberfläche genutzt wird.

Materialbearbeitung

Die Laserabtragung kann für unterschiedliche Zwecke in der Materialbearbeitung dienen. Weil das Verfahren relativ schonend ist und eine dünne Schicht gezielt ablatiert werden kann, kann diese Methode zum Abtragen von Verunreinigungen dienen. Dies hat nicht nur optische Gründe, sondern dient auch zur Instandhaltung. Zudem ist das Gravieren harter Materialien (Laserbeschriften) möglich. Für präzise gesetzte sehr kleine Löcher kann der Laser außerdem als Laserbohrer benutzt werden.

Geometrische 3D-Texturen

Mit Laserabtragen ist eine flexible und berührungslose Herstellung von 3D-Oberflächen möglich. Hochkomplexe dreidimensionale Texturen aus unterschiedlichsten Materialien können schnell und detailgetreu erstellt werden.  

Analytik

Es ist möglich, mit den feinen Lasern der Laserablation geringste Proben aus einem Material zu gewinnen. Die entnommenen Probemengen können dann hinsichtlich Ihrer genauen Zusammensetzung analysiert und untersucht werden. 

Medizin

Die präzise Ausrichtung des Laserstrahls kann zur Abtragung von Gewebe angewendet werden, ohne eine große Belastung des nahegelegenen Gewebes zu riskieren.

Vorteile der Laserabtragen Technologie:

  • Filigranste Strukturen und Linien
  • Beliebige Designs möglich
  • Nahtloser Abtrag von Mustern jeder Größe
  • Höchste Präzision
  • Hervorragende medizinische Ergebnisse
  • Einfache Herstellung von vielschichtigen Lagen 
  • Gleichzeitige Herstellung von qualitativ hochwertigen Schichten
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