Der folgende Artikel wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung in der Programmfamilie „Innovation & Strukturwandel“ veröffentlicht.
„Intelligente Materialien“ sind vielfach Gegenstand von Forschung und Entwicklung. Metalle und Polymere bekommen durch mikrostrukturierte Funktionsoberflächen ganz neue Eigenschaften. Die ACSYS Lasertechnik GmbH baut entsprechende Anlagen dafür.
Wer macht sich schon Gedanken darüber, wie unsere Münzen zu ihrer Prägung kommen? Die ACSYS Lasertechnik GmbH im sächsischen Mittweida hat das Patent auf ein Laser-Verfahren, das gezielte Mikrostrukturen in die Oberfläche des Prägestempels graviert. Der Anlagenbauer ist sogar Weltmarktführer in der Münzindustrie.
Werkzeuge, Messmittel, Bohrer und Fräser, Radfelgen oder beleuchtete Taster im PKW Cockpit, Implantate und Chirurgenbesteck sind andere Beispiele, wo Gravuren und Beschriftungen in höchster Präzision erfolgen müssen. Die ACSYS baut die Laser-integrierten Maschinen und Anlagen, die das können. Auf besonderen Kundenwunsch baut das Unternehmen auch die „Sonderklasse“. Dann kommt die betriebseigene Forschungs- und Entwicklungsabteilung zum Einsatz. Christian Kreisel, der studierte Physiker mit Fachrichtung Lasertechnik, ist hier in seinem Element. Hauptsächlich dann, wenn die Anlagentechnik optimiert wird für neue Einsatzfelder. „In der Medizintechnik zum Beispiel muss nach den neuen EU-Verordnungen jedes Bauteil rückverfolgbar gekennzeichnet sein. Die Herausforderung ist, dass sich keine Keime im Schriftzug festsetzen und die Stähle nicht rosten“, sagt Christian Kreisel und kommt auf funktionalisierte Oberflächen zu sprechen. Mittels Lasertechnologie erhalten Metalle und Kunststoffe Mikrostrukturierungen, die ihnen neue Eigenschaften verleihen. Im Medizinbereich könnten das keimabweisende sein.
Ein Pikosekunden-Laser in Aktion.
Oberflächen mit neuen Funktionen
Im Dreiländereck Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen soll eine Kompetenzregion für mikrostrukturierte Funktionsoberflächen entstehen. Initiator ist das „GRAVOmer“-Bündnis, das innerhalb des Programms „WIR! – Wandel durch Innovation in der Region“ vom Bundesforschungsministerium gefördert wird. „Innerhalb eines solchen Netzwerkes können wir gegenseitig viel von unseren Erfahrungen profitieren“, sagt Christian Kreisel. Die ACSYS ist Partner in diesem Bündnis. GRAVOmer bot kürzlich ein Webinar zum Thema „Biokompatibilität nanostrukturierter Polymeroberflächen“ an. Am Fraunhofer-Institut für Mikrostruktur von Werkstoffen und Systemen IMWS in Halle (Saale) hatten Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft zur Erzeugung solcher Oberflächen eine Prägetechnologie zur kombinierten Mikro- und Nanostrukturierung von Kunststoffen entwickelt. Kurz KoMiNaKu hieß die Wachstumskern Potenzial-Initiative. Sie wurde vom Bundesforschungsministerium gefördert und reichte vom Bau der Prägewerkzeuge bis zur Errichtung der Anlage zum kombinierten Mikro- und Nano-Prägen. „Wenn es auch hier um ein thermisches Verfahren geht, ist doch das Verständnis darüber für uns sehr wichtig“, sagt Christian Kreisel. Auch für Forschungseinrichtungen baut sein Unternehmen Anlagen, mit denen Prototypen hergestellt werden. Die Anlagen arbeiten mit ultrakurz gepulstem Laserstrahl, der keine Wärme in das Material leitet. Was insbesondere für die Bearbeitung von Kunststoff-Folien ein Vorteil sein kann.
Hier entsteht im 3D-Laserprozess der Prägestempel mit einer filigranen Gravur des Notre Dame-Motivs.
Neue Maschine für Industrieanwendungen
Für den Technologen Christian Kreisel gehört die Folie unbedingt zu den sogenannten „intelligenten Materialien“. Er benutzt den Begriff „Bionik“, eine Bezeichnung für die Umsetzung von Anregungen aus der Natur in die Technik. Der Klassiker ist der Lotuseffekt. Die Blätter der Lotuspflanze sind von wenigen Mikrometern großen Wachskristallen überzogen. Von ihnen perlen Wassertropfen rückstandslos ab und nehmen Schmutzpartikel mit. Das gegensätzliche Beispiel ist das „Gecko-Phänomen“. Geckos können kopfüber an glatten Flächen haften. Feinste Härchen und Lamellen an den Füßen vergrößern deren Oberfläche und ermöglichen eine Wechselwirkung im molekularen Bereich. Allerdings: Derartige Oberflächentexturen seien bislang nur für kleine Bearbeitungsflächen rentabel. Für Industrieanwendungen mit großflächigen Mikrostrukturierungen gäbe es da noch technologische Probleme, weiß Kreisel. Gemeinsam mit anderen Partnern aus dem GRAVOmer-Bündnis verfolgt ACSYS die Idee, eine neue Laserbearbeitungsmaschine zu entwickeln, mit der sich auch auf großflächigen Folien Mikrostrukturierungen aufbringen lassen. Ihren Einsatz könnten sie etwa als schmutzabweisende, lichtbrechende, energiesparende oder eben keimabweisende Kunststoffbeschichtung in der Gebäudetechnik finden, in der Automobilindustrie, in der Luftfahrt sowie auf medizinischem Gebiet.
Weitere Innovationen von ACSYS – Forschung & Entwicklung – Brillante Ideen für morgen!
Weitere Informationen zu GRAVOmer – Das Kompetenznetzwerk für mikrostrukturierte Oberflächen