Funktionale Oberflächen Oberflächentopologie nach Maß

Die Laserbearbeitung mit einem Ultrakurzpulslaser ist für die Erzeugung von mikrostrukturierten Oberflächen ideal. Durch den gezielten Materialabtrag sind UKP-Laserstrukturierungen sehr präzise und ohne die Eigenschaften des Umliegenden Materials zu beeinflussen. Mikrobearbeitungen durch Laserbearbeitung weisen ein hohes technisches und ökonomisches Potenzial auf. Die Einsatzbereiche sind vielfältig: Durch die Feinbearbeitung können Mikrostrukturen erzeugt werden, sogenannte Funktionale Oberflächen, die neben einer Änderung der Benetzbarkeit oder der Hafteigenschaften auch reibungs- und verschleißminimierende Effekte hervorrufen. Durch Lasermikrostrukturierungen kann die Schmiermittelförderung nachweislich um bis zu 25 % gesteigert werden und somit die mechanische Abnutzung dadurch stark reduziert werden. Die UKP- Laserstrukturierung eröffnet wort-wörtlich neue Maßstäbe für die Funktionalisierung von Oberflächen oder die Strukturierung von Mikrobauteilen.

Neben diesen Funktionen werden haptisch ansprechende oder optisch wirksame Strukturen eingesetzt zum Beispiel zur Lichtstreuung, sowie Strukturen mit hydrodynamischen Eigenschaften. Durch den Einsatz von ultrakurz gepulsten Lasern kann eine schmelzarme und gratfreie Strukturierung mit hoher Präzision in nahezu allen Materialien ermöglicht werden, so dass keine Nacharbeitung notwendig ist. Abhängig vom Material und den herzustellenden Stückzahlen erfolgt die Laserbearbeitung entweder direkt auf dem Bauteil oder replikativ während eines Ur- oder Umformprozesses, wie dem Spritzguss.

Mikrostrukturen in flächigen Reibkontakten wie bei Gleitlagern oder Axiallagern können gezielt das Reibverhalten von Bauteilen verändern. Näpfchenstrukturen auf der Oberfläche agieren als Schmierdepot oder bewirken einen gezielten Druckaufbau des Schmierstoff ähnlich wie bei einem hydrodynamischen Gleitlager.

Durch Laserbearbeitung eingebrachte Förderstrukturen können einen gezielten Schmiermitteltransport in Mangelschmierbereiche bewirken. Reibung und Verschleiß können so minimiert und die Lebensdauer des Bauteils erhöht werden. Die Mikrostrukturierung mit Ultrakurzpulslasern mit seiner hohen Tiefenauflösung und seiner schmelzfreien Bearbeitung eignet sich besonders für das Einbringen dieser reibungsminimierenden Mikrostrukturen.

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Die Laserbearbeitung von Metalloberflächen mit der Ultrakurzpuls-Lasertechnologie ermöglicht die Erzeugung von ultrahydrophilen und ultrahydrophoben funktionalen Oberflächen. Durch die UKP-Laserstrukturierung werden extrem raue Oberflächen erzeugt, die in Verbindung mit einer chemischen Beschichtung hydrophobe oder hydrophile Eigenschaften aufweisen können. Die Verwendung eines Lasersystems ermöglicht dabei eine großflächige Aufbringung der Strukturen oder eine Feinbearbeitung selektiver Materialbereiche.

Charakteristisch für diese funktionalen Oberflächen ist neben der Änderung des Benetzungsverhaltens ebenfalls eine hohe Lichtabsorption. Das einfallende Licht bricht sich an den erzeugten Mikrostrukturen derart diffus, dass eine Rückreflexion ausbleibt. In Folge erscheint die funktionale Oberfläche schwarz.