Laserbasierte Kunststoffbearbeitung

Projektleiter ist Prof. Dr. Rolf Klein vom Kompetenzzentrum für Optische Technologien und Systeme. Das Land Hessen fördert das Vorhaben im Programm „Forschung für die Praxis“ für ein Jahr mit 35.000 Euro. Partner ist World Precision Instruments, ein Hersteller von Laborbedarf mit Hauptsitz in den USA.

Mikrokanalbauteile sind Werkzeuge für eine miniaturisierte Analysetechnik in der Chemie und Biotechnologie. Sie werden zum Beispiel in der Wirkstoffforschung, der klinischen Diagnostik, der Umweltanalytik oder der Genom-Analyse eingesetzt.

Die Kunststoffkomponenten bestehen aus einem Funktionskörper mit Mikrokammern und Mikrokanälen mit einer Breite von weniger als einem halben Millimeter. Sie werden mit einem Deckel flüssigkeits- und gasdicht abgeschlossen.

Herkömmliche Schweiß- oder Klebeverfahren zur Verbindung von Funktionskörper und Deckel können die Kanäle verstopfen oder verformen. Auch laserbasierte Methoden stoßen bislang bei sehr geringen Kanalabmessungen an Grenzen. Klein möchte die Absorption der Laserstrahlung auf die Oberfläche einer Bauteilkomponente und damit auch das Schmelzvolumen begrenzen.

Dafür will er die transparenten Kunststoffteile vor dem Laserstrahlschweißen durch ein Thermotransfer-Druckverfahren mit einem Laserabsorber beschichten. Der Absorber soll verhindern, dass sich die Mikrokanalstruktur während des Schweißprozesses verändert.

Die aktuellen Arbeiten sieht Klein als Grundlage für ein größeres Forschungsprojekt, in dem die Herstellung solcher Bauteile zur industriellen Produktionsreife gebracht wird.

„Wir wollen ein Fertigungsverfahren für geometrisch hochpräzise Mikrostrukturbauteile entwickeln, das unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten in der Großserienproduktion und in der Kleinserienfertigung eingesetzt werden kann. Die Möglichkeit, die Mikrostruktur durch den örtlich begrenzten Fügeprozess noch kleiner zu dimensionieren und noch kompakter zu bauen, eröffnet zusätzliches Potential, Werkstoffe einzusparen und die Funktionalität zu optimieren“, so der Wissenschaftler.