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E4 - Magnetische Konditionierung und Mikrostrukturierung von Bauteilflächen mittels Laserstrahlung (beendet)

Hauptziel des Teilprojektes E4 war die Untersuchung einer neuen Methode zum Einschreiben magnetischer Informationen in Bauteile basierend auf ultrakurzen Laserpulsen. Für die Speicherung von Informationen auf magnetischen Bauteiloberflächen sollten optomagnetische Effekte genutzt werden, um magnetische Domänen ohne zusätzliches externes Magnetfeld umzuschalten. Diese Form der Datenspeicherung hätte den Vorteil, dass Informationen aus großem Arbeitsabstand (mehrere hundert Millimeter) und mit hoher Datendichte beliebig verändert oder hinzugefügt werden könnten. Im Laufe des Projektes (Zeitraum 2009-2013) konnte kein geeignetes Speichermaterial für die optische Datenspeicherung auf Bauteiloberflächen ohne Magnetfeldunterstützung identifiziert werden.

Neben der Magnetisierbarkeit durch Laserpulse lag ein zweiter Schwerpunkt auf der Mikrostrukturierung von Dünnschichten. Es wurden Untersuchungen zur Strukturierung von metallischen Dünnschichtsystemen auf der Bauteiloberfläche durchgeführt. Durch einen Laser-Abtragsprozess konnten Dünnschichtsensoren auf Bauteilen hergestellt werden, die als Dehnungssenoren zur Verformungs- oder Kräftemessung dienten. Das entwickelte Fertigungsverfahren erwies sich als robust und flexibel und stellt eine wirtschaftliche Alternative zu lithografischen Verfahren dar, da die Herstellungskette für Dünnschichtsensoren vereinfacht wird. Zudem ermöglicht die Laserstrukturierung die Bearbeitung komplex geformter Oberflächen. Im Projekt wurde ein Modell zur Beschreibung der Laser-Abtragsschwelle auf 3D-Oberflächen entwickelt und der Nachweis zur Herstellung funktionsfähiger Dehnungssensoren direkt auf mechanischen Bauteilen erbracht (vgl. Bild 1). Weiterhin wurden laserstrukturierte Dehnungssensoren in den Z-Achsschlitten der Demonstrator-Werkzeugmaschine integriert, um die Maschine mit sensorischen Fähigkeiten auszustatten.

Das Verfahren der Lasermikrostrukturierung von Dünnschicht-Dehnungssensoren auf Bauteiloberflächen wird im Transferprojekt T03 bis zur industriellen Anwendungsreife weiterentwickelt.

Bild 1: Laserstrukturierung von Dünnschichtsensoren auf 3-D Oberflächen