Preiswertere Material-Ablation mit Picosekundenlasern

9. April 2019, 14:27 Uhr
Material-Ablation durch Laser-Impulse. Bild: llnl.gov
Material-Ablation durch Laser-Impulse. Bild: llnl.gov
Impulse kann mit idealen Impulsdauern im Picosekundenbereich schneller und preiswerter funktionieren. 

Forscher am Lawrence Livermore National Laboratory optimierten die Impulsdauern und Energiegehalte der Impulse eines Ultraviolett-Laser auf maximalen unschädlichen Materialabtrag bei möglichst geringer Energie. Dabei zeigten sich Impuls im Bereich von billionstel Sekunden als überlegen. Die besten Ergebnisse ergaben sich bei rund zehn Joule pro cm². Letztlich zeigte sich der Energiebedarf bei dieser Kombination von Zeit und Energie erheblich geringer als etablierten Verfahren.

Geschmolzenes Material wegschleudern

Die extrem kurzen Pulse erhitzen die Oberfläche des zu bearbeitenden Materials so schnell und intensiv, das sich doch eine dünne Schicht verflüssigt. Gleichzeitig entsteht eine Schockwelle. Durch Kavitation mit Bildung von Gasbläschen wird das flüssige Material automatisch weggeschleudert. Das Optimum wurde mithilfe von Computersimulationen und realen Versuchen mit Aluminium, Edelstahl und Silizium erreicht.

Laser-Ablation wird genutzt, um sehr feine und präzise Strukturen auf Werkstücken zu erreichen. Bei jedem Durchgang werden nur mikrometerdicke Schichten der Oberfläche entfernt. Da die tiefer liegenden Schichten nicht aufgrund der Kürze der Impulse und der Trägheit der Wärmeleitung kaum erhitzt werden, gibt es auch keine Materialschäden oder Verformungen. Das Verfahren eignet sich auch zum Entfernen von Verunreinigungen z. B. auf steinernen Skulpturen, da es Ablagerungen sehr schonend und präzise entfernt.

Geringere Kosten

Bisher wurden für die Laser-Ablation eher Femtosekundenlaser genutzt. Die Impulse sind hier drei Größenordnungen kürzer, was wesentlich größere Anforderungen an den Laser und dessen Steuerung stellt und daher viel höhere Kosten verursacht. In langen Versuchsreihen wurden die optimalen Kombinationen von Zeit und Energie gefunden, bei der das geschmolzene Material automatisch weggeschleudert wird.

Wichtig ist, dass man mit Picosekundenlasern die gleiche Qualität erreicht wie bei der etablierten Technik. Die langsameren Laser sind allerdings deutlich preiswerter und benötigen zudem weniger Energie.
 
Kommentare werden geladen...
Verwandte Artikel