Der Anwenderkreis Atmosphärendruckplasma, kurz ak-adp, hatte einen offenen Wettbewerb unter dem Motto #ZukunftADP ausgeschrieben, bei dem die HAWK mit ihrem Forschungsteam um Prof. Dr. Wolfgang Viöl, Prof. Dr. Christoph Gerhard und Prof. Dr. Stephan Wieneke den 2. Platz belegte. Der Wettbewerb war Bestandteil des 38. ak-adp Workshops.

Zum Wettbewerb mit dem Thema „Atmosphärische Plasmen – eine Technologie mit Zukunftspotenzial: Wie sieht die Nutzung atmosphärischer Plasmen in Zukunft aus? Und vor allem: Wie lassen sie sich industriell und wirtschaftlich einsetzen?“ konnte das Team punkten.

Gemeinsam mit der Unterstützung von Stephan Brückner und Daniel Tasche forschen die HAWK-Professoren der Fakultät Ingenieurwissenschaften und Gesundheit an der Effizienzsteigerung bei der Lasermaterialbearbeitung durch die Laser-Plasma-Hybridtechnologie und stellten ihre aktuellen Ergebnisse vor.

Seit einigen Jahrzehnten hat sich der Laser als Werkzeug zur Makro- wie auch Mikrobearbeitung verschiedenster Materialen wie Metall, Kunststoff, Halbleiter oder Glas etabliert. Dabei erweist sich die Kombination von Laserstrahlung mit einem extern applizierten Atmosphärendruckplasma als vorteilhaft für die Qualität und die Effizienz der Bearbeitung. Beispielsweise erforschte das Team zur Schonung von Ressourcen bei der Displayfertigung - in Kooperation mit der Industrie - die Plasmatechnologie als unterstützende Technologie für lasergestützte Annealingprozesse an dünnen Halbleiterschichten. Durch die simultane Plasmabehandlung erhöhten sie die Laserstrahlabsorption und vergrößerten den Kristallisationsgrad der Schicht bei gleicher Laserfluenz. „Dieser Umwandlungsprozess bedarf einer deutlich geringeren Laserintensität, wodurch die Effektivität und somit auch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens steigt“, so Prof. Dr. Viöl.
 
Bei der Laserbearbeitung von Gläsern zeigte sich, dass die Kopplung von Atmosphärendruckplasmen mit Laserstrahlung eine erhöhte Bearbeitungsqualität von Glasoberflächen bei gleichzeitiger signifikanter Einsparung von Laserenergie ermöglicht. Die zusätzliche Plasmabehandlung wird hierbei für Modifikationen der chemischen, oberflächentopographischen und optischen Parameter von Gläsern genutzt. Dadurch ist eine Strukturierung von Quarzglas mit verringerter Laserenergie, gleichzeitiger Verbesserung der Ablationsqualität, also der Abtragung von Materie und in etwa verdoppelter Tiefenablationsrate möglich. Ähnlich gesteigerte Ablationsraten konnte das Forschungsteam auch bei der kombinierten Plasma- und Laserbearbeitung von Mehrkomponentengläsern nachweisen.

Bei der Materialbearbeitung von Aluminium mit Femtosekunden (fs)-Laserstrahlung konnte durch den simultanen Einsatz eines kalten Argonplasmas während der Bearbeitung eine Erhöhung der Ablationstiefe um den Faktor 250 bei gleichbleibender Laserleistung erreicht werden. Da die Ablationsstelle hier innerhalb des Niedertemperaturplasmas liegt, kann eine Änderung der Partikelgrößenverteilung und die elektrostatische Mobilisierung abgetragener Partikel als Hauptmechanismus zählen. Die Zunahme der gesamten Ablationstiefe birgt ein deutliches Potenzial für die Verbesserung der Effizienz und Bearbeitungsgeschwindigkeit von Materialbearbeitungs- und Strukturierungsprozessen auf Femtosekundenlaserbasis.

Für diese innovative Technik wurden dem HAWK-Forschungsteam bereits mehrere Patente erteilt. Sie wurde nun zudem vom Anwenderkreis Atmosphärendruckplasma als eine Zukunftstechnologie gewürdigt.

Kontakt:

Prof. Dr. Wolfgang Viöl , HAWK-Vizepräsident für Forschung und Transfer, Leiter des Forschungsschwerpunktes Laser- und Plasmatechnologie

Prof. Dr. rer. nat. Stephan Wieneke
Laser- und Plasma-Hybridtechnologie
Fakultät Ingenieurwissenschaften und Gesundheit

Prof. Dr. rer. nat. Christoph Gerhard
Fakultät Ingenieurwissenschaften und Gesundheit

HAWK Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst
Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen
Fakultät Ingenieurswissenschaften und Gesundheit
Von-Ossietzky-Str. 100
37085 Göttingen