Riesenchance für kleinste Strukturen. Bundesmittel für Grundlagenforschung am Laserinstitut

In den Genuss einer Förderung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft kommen überwiegend nur Projekte, die an oder im Umfeld von Universitäten angesiedelt sind. Das Laserinstitut Hochschule Mittweida (LHM) hat es aber dank seiner herausragenden Forschungsergebnisse und seines guten Rufes geschafft, ein weiteres DFG-Projekt für die Hochschule Mittweida einzuwerben und dieses auch als Einzelprojekt ohne die Beteiligung einer Universität durchzuführen: „Wechselwirkung schneller Pulsfolgen ultrakurz gepulster Laserstrahlung im GHz- bis MHz-Bereich mit Metallen – MULTIPULS“. Eine weitere Besonderheit: Es gibt damit erstmalig an der Hochschule Mittweida eine Professur, die an zwei gleichzeitig laufenden DFG-Projekten beteiligt ist.

Das von den Professoren Alexander Horn und Steffen Weißmantel eingeworbene Projekt will die Wechselwirkung von Metallen mit ultraschnell aufeinanderfolgenden Laserpulsen erstmals grundlegend untersuchen. Die zu gewinnenden Erkenntnisse sind essentiell für eine spätere Anwendung beispielsweise im Maschinen- und Anlagenbau und der Medizintechnik.

Schon heute wird der Laser eingesetzt, um Mikrostrukturen in Werkstücken zu erzeugen. Neu an der in Mittweida eingesetzten und zu erforschenden Technologie ist die gesteigerte Produktivität und Qualität der Strukturoberflächen. Dabei wird der sogenannte Burst-Modus verwendet, bei dem ein hochenergetischer ultrakurzer Einzelpuls in eine Vielzahl hochfrequenter Sub-Pulse, eine sogenannte Puls-Gruppe bzw. Burst, aufgeteilt wird. Schon bei Frequenzen im MHz-Bereich, das heißt Puls-zu-Puls-Abständen von wenigen Nanosekunden – also im Bereich einer Milliardstel Sekunde – bündelt der Burst-Modus die entstehende Wärme so stark, dass der Materialabtrag deutlich erhöht wird. Durch Steigerung der Puls-Wiederholraten in den GHz-Bereich, das heißt mit Puls-zu-Puls-Abständen im Pikosekunden-Bereich (eine Billionstel Sekunde) können 3D-Mikrostrukturen effizient geglättet bis poliert werden.

„So ermöglicht die Weiterentwicklung dieser Technologie eine deutlich geringere Rauheit bzw. eine Funktionalisierung von Mikrostrukturen bei einer gleichzeitig hohen Auslastung der zur Verfügung stehenden Laserleistung in der Materialbearbeitung – so könnten bestehende Applikationen wesentlich ressourcen- und materialschonender und neuartige Einsatzbereiche entdeckt werden“, erklärt Steffen Weißmantel, Professor für Physikalische Technologien.