Lasermikrobearbeitungsanlage und Lasersystem

Gegenstand des Beschaffungsvorhabens ist die Lieferung, Installation, Inbetriebnahme sowie betriebsbereite Übergabe einer hochpräzisen Laserbearbeitungsanlage zur Mikromaterialbearbeitung einschließlich integrierter Ultrakurzpulslaser-(UKP)-Strahlquelle, Schulung des Bedienpersonals sowie vollständiger Systemdokumentation. Das System ermöglicht die hochpräzise Bearbeitung metallischer, keramischer, polymerer, glasbasierter, kristalliner und halbleitender Werkstoffe sowie von Faserverbundmaterialien im Mikro- und Submikrometerbereich, unter Einhaltung konstanter Bearbeitungsqualität und Wiederholgenauigkeit. Es wird für Forschungs- und Entwicklungsprojekte, industrielle Kooperationen sowie technologieorientierte Prozessentwicklungen eingesetzt. Das angebotene System muss als vollständig integrierte, betriebsbereite Gesamtanlage bereitgestellt werden. Alle für den bestimmungsgemäßen Betrieb erforderlichen Komponenten, Nebenleistungen und sicherheitsrelevanten Einrichtungen sind Bestandteil des Angebots, auch wenn sie nicht ausdrücklich einzeln aufgeführt sind. Die Laseranlage ist für Forschungs-, Entwicklungs- und anwendungsnahe Prozessentwicklungen im Bereich der Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung vorgesehen. Sie soll insbesondere für folgende Anwendungen eingesetzt werden: - Mikrostrukturierung und Mikromaterialbearbeitung metallischer Werkstoffe und Legierungen. - Strukturierung und Bearbeitung funktionaler Materialien, insbesondere Halbleiter. - Bearbeitung sprödharter Materialien, wie Gläser, Kristalle und Keramiken. - Strukturierung polymerer Werkstoffe und Verbundmaterialien, einschließlich faserverstärkter Kunststoffe. - Mikrobohren, Mikroschneiden und selektiver Materialabtrag, beispielsweise zur Herstellung von Bohrungen, Kanälen, Kavitäten oder zur Bearbeitung von Dünnschichten. - Präzise Oberflächenmodifikation und -funktionalisierung zur gezielten Anpassung von Oberflächeneigenschaften. - Synchrone, simultane 5-Achs-Bearbeitung komplexer Geometrien, insbesondere rotationssymmetrischer Bauteile, ohne Step-by-Step-Bearbeitung zur Erhöhung von Präzision, Prozessqualität und Effizienz. - Hochpräzise Probenpräparation für nachgelagerte hochauflösende analytische Untersuchungen, beispielsweise zur Vorbereitung von Querschliffen, Mikrostrukturen oder freigelegten Materialgrenzen für mikroskopische oder spektroskopische Analysen. - Forschungs- und Entwicklungsarbeiten zur Prozessentwicklung in der Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung. Probengeometrie: - Unterstützung der Bearbeitung von planaren Proben, strukturierten Oberflächen sowie dreidimensionalen Bauteilen. - Aufnahme von sehr kleinen Proben (Sub-Millimeterbereich) bis hin zu größeren Substraten oder Bauteilen. - Der Arbeitsbereich muss die Bearbeitung von Proben mit lateralen Abmessungen von mindestens ca. 300 mm × 300 mm ermöglichen. - Möglichkeit zur Bearbeitung größerer Bauteile durch Achsverfahrweg. - Die Anlage muss eine maximale Probenhöhe von mindestens 50-100 mm aufnehmen können, um auch größere Bauteile oder Spannvorrichtungen integrieren zu können. - Die Anlage muss die Bearbeitung von Proben mit einer maximalen Masse von mindestens 6 kg ermöglichen. - Zusätzlich muss die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer kleinerer Proben ohne Einschränkung der Positioniergenauigkeit möglich sein. - Reproduzierbare Wiederauffindbarkeit von Bearbeitungspositionen. Das System muss die hochpräzise, reproduzierbare Mikromaterialbearbeitung fester Werkstoffe mittels Ultrakurzpulslaserstrahlung (UKP) ermöglichen. Hierzu muss es eine stabile Laserstrahlquelle, eine präzise Strahlführung sowie ein synchronisiertes Positioniersystem bereitstellen, um definierte Strukturen mit hoher geometrischer Genauigkeit und minimaler thermischer Beeinflussung zu erzeugen. Zur Erreichung der erforderlichen Präzision und Wiederholgenauigkeit im Submikrometerbereich ist ein hochsteifes Tragsystem zwingend erforderlich, dass die mechanische Stabilität aller Achsen gewährleistet (z. B. Granitportal oder gleichwertig). Folgende Kernfunktionen sind zwingend bereitzustellen: - Laserquelle mit einer Grundwellenlänge von 1064 nm oder 1030 nm (IR) mit integrierten Frequenzkonversionsstufen zur gleichwertigen Bereitstellung der 2. Harmonischen (SHG; VIS) und 3. Harmonischen (THG; UV) - Präzise Laserstrukturierung (2D-Bearbeitung, 2.5D-/3D-Bearbeitung und Tiefenstrukturierung) unter Einsatz eines 2-Achs-Galvanometerscanner zur Ablenkung von Ultrakurzpulslaserstrahlung zur schnellen und präzisen Ablenkung des Laserstrahls und die Möglichkeit zur synchronen, simultanen 5-Achs-Bearbeitung komplexer Geometrien, insbesondere rotationssymmetrischer Bauteile, ohne Step-by-Step-Bearbeitung zur Erhöhung von Präzision, Prozessqualität und Effizienz. - Das System muss geeignete Möglichkeiten zur Überwachung, Analyse und Dokumentation der Laserbearbeitungsprozesse bereitstellen. Ziel ist es, Bearbeitungsprozesse nachvollziehbar zu gestalten, Prozessstabilität zu gewährleisten und eine wissenschaftliche Auswertung zu ermöglichen. - Das System muss eine geeignete Spann- und Prozessumgebung zur Verfügung stellen. - Das System muss eine effiziente, reproduzierbare und weitgehend automatisierbare Prozessführung für die Laserbearbeitung ermöglichen. Hierzu sind geeignete Software- und Schnittstellenlösungen bereitzustellen, die eine einfache Integration in bestehende Entwicklungs- und Produktionsworkflows erlauben.