Akustisches Signal zur Steuerung von Laserstrukturierungsprozessen

Die Forschenden im Nano-Argovia-Projekt LanakPro planen ein akustisches Signal zur Steuerung von Laserstrukturierungsprozessen nutzen – hier eine laserstrukturierte Titanoberfläche.(Bild: A. Stumpp, Institut für Produkt- und Produktionsengineering der FHNW)

Im Nano-Argovia-Projekt LanakPro arbeiten Teams der Fachhochschule Nordwestschweiz mit dem Industriepartner Orvinum AG (Magden) zusammen, um Laser-Nanostrukturierungsprozesse effektiv und verlässlich zu steuern. Das geplante Instrument nutzt akustische Signale, die schnell und zuverlässig über den Fortschritt und die Qualität der Bearbeitung informieren und damit eine Steuerung des Prozesses erlauben.

Materialien, deren Oberflächen durch winzige Strukturen besondere Eigenschaften erhalten, finden immer breitere Anwendungen. Oft werden Laser eingesetzt, um diese Mikro- und Nanostrukturen herzustellen. Kontrolle und Steuerung der Strukturierungsprozesse sind jedoch aufwendig. Für eine breite Anwendung – beispielsweise in der Mikro-
fluidik, Medizintechnik oder Sensorik – wäre es wünschenswert, ein Instrument für die automatisierte Kontrolle des Prozesses und die selbständige Nachführung zur Verfügung zu haben.

Claudio Furrer vom Institut für Produkt- und Produktionsengineering der FHNW gehört zum Projektteam. (Bild: A. Stumpp, Institut für Produkt- und Produktionsengineering der FHNW)

Akustischer Fingerabdruck erfasst
Das Team des Nano-Argovia-Projekts LanakPro, unter Leitung von Armin Stumpp (FHNW), nutzt nun akustische Signale, um eine Steuerung des Strukturierungsprozesses zu realisieren.

Dazu wird zunächst ein «akustischer Fingerabdruck» des optimalen Strukturierungsprozesses erfasst. Bei der eigentlichen Messung an einer Probe kann dann das tatsächliche Signalmuster mit dem optimalen in Echtzeit abgeglichen werden. Dank neuer, schneller und robuster Algorithmen und einer zugrunde liegenden Datenbank wird es dann möglich sein, sofort eine Abweichung zu registrieren, in den Prozess einzugreifen und die notwendigen Anpassungen vorzunehmen.

Die beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus den Teams von Armin Stumpp, Prof. Dr. Matthias Hoebel, Claudio Furrer (alle Hochschule für Technik, FHNW), Dr. Frank Dieterle (Hochschule für Life Sciences, FHNW) sowie Dr. Markus Ehrat (Orvinum AG) entwickeln dieses Instrument, um Entwicklungszeiten und Bearbeitungskosten für Laser-Nanostrukturierungen zu verbessern. Dabei liegt ihr Schwerpunkt auf Anwendungen, die besonders hohe Anforderungen an die Bearbeitungsqualität und -effizienz besitzen, vor allem mit Werkstoffen wie Glas oder Kunststoffen und empfindlichen Substraten wie Keramik.

Mehrere Schritte notwendig
Im Laufe der nächsten Monate wählt das Projektteam nun geeignete Sensoren aus, wobei darauf geachtet wird, dass diese in den relevanten Frequenzbereichen sehr sensitiv sind. Dann werden die akustischen Fingerabdrücke für verschiedene Materialien bei der Laserstrukturierung aufgezeichnet und wesentliche Signale für den Prozessverlauf herausgefiltert, bevor dann erste Laserstrukturierungen mit der akustischen Kontrolle erfolgen können.

Darauf aufbauend, planen die Forschenden dann ein Gerät zu entwickeln, dass es auch Benutzern ohne Spezialausbildung ermöglicht, anspruchsvolle Laserprozesse für verschiedene Substrate schnell und reproduzierbar durchzuführen.

 

«Die im Rahmen dieses Projektes zu entwickelnde Prozesskontrolle wird sich positiv auf die Präzision, die Robustheit und die Dauer des Prozesses auswirken und somit der
Lasernanostrukturierung neue Anwendungsmöglichkeiten eröffnen.»

Markus Ehrat, CSO bei Orvinum AG

 

Weitere Information

Orvinum AG
Hochschule für Technik (FHNW)
Hochschule für LIfe Sciences (FHNW)