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Lasermikrobearbeitungszentrum

Motivation


  REM-Aufnahme einer Spiralstruktur
  REM-Aufnahme einer Spiralstruktur in Kunststoff (Stegbreite: 10µm, Grabentiefe: 80µm)
 
  REM-Aufnahme einer lasergesinterte Mikrostrukturen
  Lasergesinterte Mikrostrukturen (Schlitzbreite 30µm)
 
  Aluminium-Durchkontaktierung
  Aluminium-Durchkontaktierung in einem 500µm dicken Pyrex-Wafer
 

Mit Unterstützung des vom BMBF geförderten InnoRegio-Vorhabens Inno-Sachs (Projektträger Forschungszentrum Jülich) entstand am Laserinstitut der Hochschule Mittweida ein einmalig ausgestattetes Lasermikrobearbeitungszentrum (LµZ).

Mit dem Projekt haben seit 1997 andauernde Bemühungen Früchte getragen. Im Rahmen des Innoregio-Programmes wurde ein Konzept vorgelegt, welches die nachhaltige Etablierung der Einrichtung in der Region ermöglicht. Voraussetzung dafür war u.a. die Anschaffung einer fs-Laseranlage zur Ultrakurzzeit-bearbeitung und einer VUV-Laseranlage zur Präzisionsbearbeitung kritischer Werkstoffe. Mittlerweile sind noch eine Hochleistungs-fs/ns-Laseranlage (fs-Laserleistung 15W) sowie eine kombinierte UV-/Faserlaseranlage hinzugekommen. In der Region, die von Maschinenbau und Mikrosystemtechnik geprägt ist, stehen viele Aufgaben zur möglichst schmelzfreien und exakten Mikrobearbeitung von metallischen Werkstoffen an, ebenso zum Mikrobohren von Glas und Silizium.

Als weltweit neuartige Technologie wurde am Institut das Mikrosintern zur Erzeugung von metallischen und keramischen Mikroteilen entwickelt. Es können Teile mit einer bislang nicht gekannten Auflösung von kleiner 30µm bei Aspektverhältnissen größer 1:50 flexibel erzeugt werden. In Erweiterung der Technologien für das Rapid Microtooling mit laserbasierten Verfahren kamen in letzter Zeit noch das Micro Cladding und das 3D Kontur/ Innenschneiden hinzu.

Die lasergestützte Beschichtung von Mikroteilen/Mikrowerkzeugen bildet einen weiteren Schwerpunkt der Forschungsarbeit. So gelang es weltweit erstmals, mit dem PLD-Verfahren superharte cBN-Schichten haftfest und mit hoher Rate auf Stahl abzuscheiden. Ebenso wurden superharte amorphe Diamantschichten abgeschieden. Durch Lasersintern wurden dichte und haftfeste keramische Al2O3-Schichten aus Nanopulver auf Stahl erzeugt.

Für die Excimerlaserbearbeitung stehen Laser mit hoher Pulsenergie (1.3J) oder mit hoher Repetitionsrate (500Hz) zur Verfügung. Umfangreiche Untersuchungen wurden u.a. zum Mikrobohren von Pyrexglas und zur 3D Strukturierung verschiedener Materialien durchgeführt. In letzter Zeit standen u.a. Phasenmasken aus Quarzglas (DOE) im Fokus.

über 25 Jahre Erfahrungen sind am Institut auf dem Gebiet der Mikrobearbeitung mit gütegeschalteten Nd:YAG-Lasern vorhanden. Diese fließen unter anderem in den 3D Abtrag zur Erzeugung von Einsätzen in Mikrowerkzeuge unter Verwendung von Scannern oder das Lasermikrobiegen ein.

Eine Neuheit war die Realisierung von Mikrodurchkontaktierungen mit Laser CVD. Am Institut wurde erstmals gezeigt, dass das Verfahren dazu geeignet ist, Mikroöffnungen zu verfüllen. Es wurden Aluminium-Durchkontaktierungen in laserstrahlgebohrten (Durchmesser 50µm) Pyrex-Wafern (Dicke 500 µm) erzeugt.

Zukünftig werden verstärkt Untersuchungen zur Lasernanobearbeitung und zur Hochrate-Mikrobearbeitung durchgeführt. So konnten beispielsweise bereits lasergestützt Nanoröhrchen aus BN generiert werden sowie definierte Nanostrukturen auf Oberflächen erzeugt werden. Die präzise Strukturierung von spintronischen Nanometerschichtstapeln wird gegenwärtig untersucht. In Kombination mit der Forcierung der fs- und VUV-Lasertechnik sowie der ultraschnellen Strahlablenkung wird dadurch die strategische Vorlaufforschung des Institutes gewährleistet.

 
 
Erstellt: 14.08.2009 13:53:11 | Letzte Änderung: 15.02.2012 14:03:11 | Autor: Robby Ebert
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