Arbeitsgruppenleiter:
Dr.-Ing. Georg Schnell
Justus-von-Liebig Weg 6
18059 Rostock
Tel.: +49 381 / 498 - 9093
Fax: +49 381 / 498 - 9092
Email:georg.schnell(at)uni-rostock.de
Raum: UT16
Lasermikrobearbeitung und Oberflächen- funktionalisierung
Mit der Femtosekundenlaserbearbeitung (fs-Laserbearbeitung) bieten sich uns am Lehrstuhl einzigartige Möglichkeiten, Oberflächen zu bearbeiten. Die extrem kurze Interaktionszeit von Licht und Material – eine Femtosekunde entspricht dem Millionstel einer milliardstel Sekunde – ermöglicht die nahezu athermische Bearbeitung von fast allen Werkstoffen. So lassen sich einerseits hochgenaue deterministische Muster erzeugen, deren Auflösung deutlich unter der Größe eines menschlichen Haares liegen kann. Anderseits wachsen im Laserspot, ähnlich dem Brennpunkt einer Lupe, selbstorganisierte Strukturen, die es ermöglichen, Strukturen bis in den Nanometerbereich zu realisieren.
Die Arbeitsgruppe Lasermikrobearbeitung und Oberflächenfunktionalisierung (LaserSurf) entwickelt unter anderem Oberflächen mit superhydrophoben und anti-adhäsiven Eigenschaften, Mikrostrukturen zur Reduzierung von Reibung und Verschleiß oder auch Grenzflächen zur Vermeidung von Biofilmen in medizinischen und meeresbiologischen Umgebungen mit nationalen und internationalen Partnern. Insbesondere liegt der Fokus auf der Entwicklung von Scanstrategien zur Realisierung von selbst-organisierten Strukturen, welche natürlichen Oberflächen zum Verwechseln ähnlich sind und somit ein sehr hohes Potenzial für biomimetische Oberflächen bieten. Auf Grundlage der fs-Laserbearbeitung können wir weiterhin Materialien schneiden, perforieren und gezielt physikalische, chemische und kristallografische Oberflächeneigenschaften einstellen wie sie beispielsweise zur Aufhärtung von Oberflächen gewünscht sind.
Aktuelle Forschungsprojekte
Gleitlager sind im Schwermaschinenbau, insbesondere der Papierindustrie, aus verschiedenen Gründen Wälzlagern überlegen. Schwachpunkt ist jedoch das verschleißintensive Anfahrverhalten von hochbelasteten Gleitlagern. Es soll daher in diesem Projekt ein innovatives Verfahren zur Oberflächenstrukturierung von Gleitlagerbuchsen mittels Ultrakurzpulslaser entwickelt werden. Die Mikrostrukturen in der Lagerschale sollen das tribologische Verhalten der Gleitlager verbessern um den Verschleiß im Betrieb zu reduzieren und die Langlebigkeit der Lager deutlich zu steigern. Hierbei sollen drei unterschiedliche Effekte durch die Mikrostrukturierung erreicht werden: Erhöhung der Schmierfilmdicke zwischen den Reibpartnern, Aufnahme und Abtransport von Abriebpartikeln und Funktion der Mikrostrukturen als Schmiertaschen zur Verminderung der Grenzflächenreibung. Durch diese Maßnahmen soll unter anderem das Losbrechmoment und der Reibkoeffizient der Kontaktpartner im Mischreibungsbereich und der Übergang in den Flüssigkeitsreibungsbereich beschleunigt werden.
Bearbeiter: Dr.-Ing. Georg Schnell
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektlaufzeit: 09/2020-12/2022
Kooperationspartner: lOS Miesbach GmbH, 83714 Miesbach
Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Nano- und Mikrostrukturierung von Spritzgusswerkzeugen mittels Ultrakurzpulslasern. Durch die Strukturierungen hinzu superhydrophoben Benetzungsverhalten der bearbeiteten Oberflächen soll das Entformungsverhalten der spritzgegossenen Bauteile verbessert werden, wodurch Ausschuss vermindert und Wartungs- bzw. Reinigungszyklen vermindert werden sollen. Zur automatisierten Strukturierung von Werkzeugen soll in Zusammenarbeit mit der Robot-Technology GmbH ein robotergeführter Ultrakurzpulslaser entwickelt werden, der in Verbindung mit intelligenten Trajektoriensteuerung und einem 3D-Scanner-Kontrollprinzip unter optimaler Zugänglichkeit komplexe, dreidimensionale Werkzeuge hochpräzise strukturieren kann. Mit neu entwickelten Angusssystemen und strukturierten Entlüftungskanälen mit selbstreinigenden Eigenschaften zur Verstopfungsreduktion ergeben sich hochqualitative Spritzgusswerkzeuge mit erhöhter Standzeit.
Bearbeiter: Dipl.-Ing. Robert Thomas
Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi)
Projektlaufzeit: 05/2021-02/2024
Kooperationspartner: ROBOT-TECHNOLOGY GmbH, EBS Werkzeugbau GmbH
Die Stabilität eines Dentalimplantats ist ein wichtiger Faktor für eine erfolgreiche Implantation, welche durch die Integration in das Hart- und Weichgewebe erreicht wird. Die Anlagerung des Gewebes wird durch eine erzeugte Rauheit auf der Implantatoberfläche begünstigt. Ein Problem hierbei ist jedoch das vermehrte Auftreten von Entzündungen des Zahnbettes (Periimplantitis) zwischen der Krone des Dentalimplantats und dem Zahnfleisch. Ausgelöst wird dies durch eine Mikroflora aus parodontalen-pathogenen Keimen. Ziel des Projekts ist es, eine hierarchisch strukturierte Glaslot-Oberfläche mit optimierter Gewebeanlagerung und gleichzeitig antiadhäsiven Eigenschaften für Pathogene zu erzeugen. Als Ansatz dient die Mikro- und Nanostrukturierung von Glaslot-Oberflächen mittels Ultrakurzpuls-Laser.
Bearbeiter: Fiona Hartung M.Eng.
Projektlaufzeit: 04/2023 - 09/2025
Gefördert: Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK)
Partner:
Dentallabor Moss GmbH, Hamburg
Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf
Abgeschlossene Forschungsprojekte
Das Verbundprojekt „Verschleißoptimierte Hüftendoprotesen“ ist ein Teil des Wachstumskerns MikroLas. Das Verbundprojekt besteht weiterhin aus drei Teilprojekten. In dem Teilprojekt „Untersuchung der Scherverdickung durch Mikrostrukturierungen„ steht die Untersuchung der rheologischen Vorgänge im Schmierspalt mikrostrukturierter Implantatoberflächen anhand der Entwicklung einer Messmethodik zur Bestimmung der Scherverdickung im Mittelpunkt. Das Vorhaben strebt mit dieser Mikrostrukturierung der Implantatoberflächen unter tribologischer Sicht eine Verschleißreduzierung an. Das Gesamtziel des Projektes umfasst dabei die Mikrostrukturierung artikulierender Endoprothesenkomponenten, um diese tribologisch zu funktionalisieren und die rheologischen Eigenschaften des Schmierfilms zu beeinflussen. Allein in Deutschland werden jährlich etwa 180.000 Hüft-Operationen durchgeführt. Eine Erhöhung der Lebensdauer der eingesetzten Implantate ist daher von großem Interesse und soll durch eine Verschleißreduzierung realisiert werden. Diese Verschleißreduzierung ist mit Hilfe einer Oberflächenstrukturierung der Implantatoberfläche möglich. Anhand ultrakurzer Laserpulse sollen daher gratfreie Strukturen mit Abmaßen im Bereich weniger Mikrometer auf den Oberflächen erzeugt werden, die zwei Funktionen erfüllen. Zum einen dienen die Mikrostrukturen zur Aufrechterhaltung des tribologisch wertvollen Schmierfilms und zum anderen sollen sie Abriebpartikel, welche im Schmierspalt der Endoprothese auftreten und den sogenannten Dreikörperverschleiß induzieren, auffangen und unschädlich machen. Beide Aspekte sollen die Standzeit von Hüftendoprothesen vergrößern.
Bearbeiter: Dr.-Ing. Philipp Drescher
Projektlaufzeit: 9/2017 –12/2020
Projektträger: PtJ – Projektträger Jülich
Im Verbundprojekt „Biotechnische Mikrozahnringpumpen“ des Wachstumskerns MikroLas werden Mikrozahnringpumpen mit hohen Anforderungen für den Diagnostikmarkt und für Hersteller von Pharmaprodukten entwickelt. Dabei sollen kleine bis kleinste Mengen z. T. hochagressiver Medien präzise dosiert oder kontinuierlich in Anlagen und Prozessen gefördert werden, die den behördlich geforderten Hygienestandarts und Zertifizierungen der Prozesse genügen. Im Augenmerk liegen dabei neben dem der Reinigungsdauer für den Kunden, dem Pumpenaufbau hinsichtlich des Hygienic Design mit funktionalisierten Oberflächen und der Auswahl biokompatibler Werkstoffe einschließlich angepasster Fügetechniken. Im Teilprojekt 6.2 ist eine Erhöhung der Lebensdauer der Reibpaarung Welle-Lager beabsichtigt. Dafür sollen die tribologischen Eigenschaften (Reibkoeffizient, Verschleiß) der Welle-Lager-Paarung durch die Aufbringung von Mikrostrukturen mittels ultrakurzer Laserpulse optimiert werden. Gelingt es den Verschleiß zu minimieren, sind längere Standzeiten der Mikrozahnringpumpen und trotz höherer Anschaffungskosten eine gestiegene Wettbewerbsfähigkeit der Produkte zu erwarten.
Bearbeiter: Georg Schnell M.Sc.
Projektlaufzeit: 9/2017-12/2020
Projektträger: PtJ-Projektträger Jülich
Kooperation: HNP Mikrosysteme GmbH, Schwerin
