Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik IML
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Auf dem Bild ist eine Maschine für das Laserschneiden abgebildet, welche ein Blech schneidet.

SYNTECS

Nachhaltige und digital gesteuerte, hierarchische Lasertexturierung für komplexe Oberflächen.

© Fraunhofer IML

Nachhaltige und digital gesteuerte, hierarchische Lasertexturierung für komplexe Oberflächen. Syntecs.
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SYNTECS

SYNTECS (sustainably and digitally driven hierarchical laser texturing for complex surfaces) wurde geschaffen, um die vielfältigen Herausforderungen zu bewältigen, die bei den derzeitigen chemischen und mechanischen Oberflächenbehandlungen in der Produktion auftreten. Das Gesamtziel von SYNTECS ist die Entwicklung, Simulation und Demonstration eines digitalen und umweltfreundlichen Lasertexturierungsansatzes zur Erzeugung komplexer multifunktionaler Oberflächen.

Im Rahmen des Projektes wird eine Maschinenplattform entwickelt (TRL6), die austauschbare Verfahren wie Direct Laser Writing (DLW), Direct Laser Interference Patterning (DLIP) und Laser Induced Periodic Surface Structuring (LIPSS) ermöglicht.

Die Vorteile des neuartigen Verfahrens

  • Nachhaltigkeit: Die laserbasierte Oberflächentexturierung ist chemie- und abfallfrei und benötigt keine Verbrauchsmaterialien (abgesehen von Strom). Im Vergleich zu beschichteten Bauteilen lassen sich lasertexturierte Bauteile am Ende ihres Lebenszyklus einfacher recyceln, da die gebundenen Materialien nicht getrennt werden müssen.
  • Flexibilität: Die laserbasierte Oberflächentexturierung bietet vielfältige Möglichkeiten zur digitalen Parametrisierung (Pulsdauer, Laserleistung, Pulswiederholrate, Einzelpuls-/Burstmodus-Verfahren usw.) um flexibel auf kundenspezifische Anpassungen (Form, Material, Oberflächenfunktionalität, Fertigungslinie) zu reagieren.
  • Skalierbarkeit: Die laserbasierte Oberflächentexturierung eignet sich sowohl für die direkte Texturierung einzelner Bauteile als auch für den indirekten Texturtransfer (Übertragung der Textur von Replikationsvorlagen, z. B. durch Spritzgießen auf geformte Bauteile). Dadurch lassen sich funktionale Oberflächen mit hohem Durchsatz herstellen.

Prüfung der Industrialisierbarkeit durch Simulation der Produktion

Der Beitrag des Fraunhofer IML ist die Bewertung der Integration der neuen SYNTECS Prozess- und Maschinenplattform in bestehende Produktionssysteme unter Verwendung einer ereignisdiskreten Materialflusssimulation. Anhand eines realen Anwendungsfalls aus der Elektronikfertigung werden die Auswirkungen der Integration der neuen LST-Technologie (Laser Surface Texturing) exemplarisch modelliert. Ziel ist es, mit der Abbildung der dynamischen kausalen Beziehungen im Produktionsprozess die Rekonfigurationsanforderungen zu definieren und zu bewerten. Dazu werden die produktionslogistischen Prozesse, Strukturen und Ressourcen untersucht. Das angestrebte Ergebnis ist ein generisches Production Logistics Framework für die Industrialisierung der SYNTECS Prozess- und Maschinenplattform.
Infobox: LST-Verfahren

LST (Laser Surface Texturing) ist ein Verfahren zur Mikro- oder Nanostrukturierung von Oberflächen mittels Laserstrahlung, um deren physikalische, chemische oder tribologische Eigenschaften gezielt zu verändern, beispielsweise zur Verbesserung der Haftung, Reibung, Verschleißfestigkeit oder Benetzbarkeit sowie zur gezielten Beeinflussung weiterer funktionaler Eigenschaften.

  • DLW: Ein einziger Laserstrahl wird verwendet, um das Material an jedem Punkt der Oberflächeninteraktion abzutragen. Die Merkmale haben eine Auflösung von 10-200 μm.
  • DLIP: Zwei oder mehr kohärente Laserstrahlen werden überlagert und erzeugen ein Interferenzmuster auf der Oberfläche. Die Abtragung an den Interferenzmaxima erzeugt Texturen mit einer Periodizität von 500 nm-20 μm.
  • LIPSS: 10-900 nm selbstorganisierte Rippelstrukturen, die entstehen, wenn Ultrakurzpuls-Laserquellen (USP) für DLW/DLIP verwendet werden.

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