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Vereinfachtes, hochpräzises Laser-Mikrobohren durch eine Trepanieroptik mit Gitterspiegeln

Kurzfassung

Diese robuste Trepanieroptik mit nur einem rotierenden Gitterspiegel bietet eine große Flexibilität in Bezug auf den realisierbaren Bohrdurchmesser-Bereich und vereinfacht zudem das Einrichten und Kalibrieren des Systems.

Hintergrund

Geometrien im Inneren eines Bauteils müssen heute nicht mehr der zylindrischen Geometrie eines mechanischen Bohrers folgen. Längst besteht die Möglichkeit, durch das punktuelle Aufschmelzen des Materials mittels Laser­energie präzise komplex geformte Kavitäten herzustellen – auch an schlecht zugänglichen Stellen.

Problemstellung

In herkömmlichen Trepaniersystemen rotieren mehrere Ele­mente (Keil­platten und zylindrische Linsen), was nicht nur den Aufbau selbst aufwändig macht; auch die Einrichtung und Kalibrierung eines solchen Systems ist komplex und damit vor allem zeitaufwändig. In Sachen Effizienz und Benutzer­freundlichkeit besteht somit ein Optimierung­sbedarf.

Lösung

Das Konzept der „gitterbasierten Trepanieroptik“ lenkt den Laserfokus allein durch die Rotation des reflektierenden Gitterspiegels in die gewünschte Richtung. Die verwendeten Gitterspiegel können entweder in Reflektion oder in Transmission konzipiert und betrieben werden; das Funktionsprinzip bleibt in beiden Fällen gleich. Dieser Aufbau ermöglicht die effiziente Herstellung von Bohrungen in einem sehr viel robusteren und kostengünstigeren Trepaniersystem. Das Konzept bietet außerdem eine größere Flexibilität in Bezug auf den realisierbaren Bohrungsdurchmesser-Bereich und funktioniert mit einfach herstellbaren und wenig komplexen Komponenten (Gitterspiegel mit niedrigem Aspektverhältnis). Der spezielle Vorteil liegt in der Robustheit und der vereinfachten Einrichtung und Bedienung des Systems. Zudem kann es in unterschiedlichen Konfigurationen ausgeführt werden.

Beispielhafte Konfiguration einer transmissiven Trepanieroptik, ergänzt durch ein kreisförmiges Beugungsgitter. Die Größe der Bohrung kann über den Beugungswinkel eingestellt werden [Uni Stuttgart].
Beispielhafte Konfiguration einer transmissiven Trepanieroptik, ergänzt durch ein kreisförmiges Beugungsgitter. Die Größe der Bohrung kann über den Beugungswinkel eingestellt werden [Uni Stuttgart].

Vorteile

  • einfacher, robuster Aufbau – nur ein rotierendes Element
  • vereinfachter Aufbau und Bedienung, einfach einzurichten
  • kostengünstige Fertigung der Komponenten mittels etablierter Verfahren wie Lithografie und Ätzverfahren
  • hochpräzise, zeit- und kosteneffizient

Anwendungsbereiche

Das an der Universität Stuttgart entwickelte Trepanier-Konzept erlaubt nun einen deutlich vereinfachten Aufbau eines solchen Laser-Bohrsystems. Durch die Kombination mit ebenfalls am IFSW entwickelten Gitter­spiegeln kann eine Tre­pa­nier­optik realisiert werden, mit der sich negativ konische und komplexe Geometrien von hoher Präzision nachbearbeitungsfrei herstellen lassen; gleichzeitig wer­den Einrichtung und Bedienung einfacher.

Exposé
Kontakt
Dipl.-Ing. Julia Mündel
TLB GmbH
Ettlinger Straße 25
76137 Karlsruhe | Germany
Telefon +49 721-79004-0
muendel(at)tlb.de | www.tlb.de
Entwicklungsstand
Funktionsnachweis / TRL3
Patentsituation
EP 3184232 A1 und
US 2017/0182597 A1 anhängig
Referenznummer
13/078TLB
Service
Die Technologie-Lizenz-Büro GmbH ist mit der Verwertung der Technologie beauftragt und bietet Unternehmen die Möglichkeit der Lizenznahme.