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Ph o t o n i s c h e Pr o d u k t i o n 10 | w w w c o m p u t e r - a u t o m a t i o n d e · Sc r e e n Ed i t i o n 2 0 24 Microservicebasierte Laserstrukturierung von Holger Mescheder und Talib Sankal In der Welt der photonischen Produktion die Licht beziehungsweise Laser als Werkzeug nutzt gewinnt die Digitalisierung zunehmend an Bedeutung Dieser Wandel erfordert verstärkt flexible adaptive und leichtgewichtige Infrastrukturen Insbesondere besteht diese Herausforderung in der Laserstrukturierung für großflächige Mikround Nanostrukturen Mikround Nanostrukturen beeinflussen die optischen mechanischen haptischen und biologischen Eigenschaften von Oberflächen So wirken zum Beispiel Kunststoffoberflächen im Automobil griffiger und hochwertiger wenn sie mit Mikrostrukturen versehen sind und bei Triebwerkskomponenten kann die richtige Oberflächenbearbeitung den Luftwiderstand erheblich reduzieren In diesem Kontext ist das Laserstrukturieren als ein vergleichsweise neuer und vielversprechender Ansatz zur Herstellung von Strukturen auf frei geformten Oberflächen von besonderem Interesse Bei diesem Verfahren wird ein fokussierter gepulster Laserstrahl schnell und präzise über die Bauteiloberfläche geführt Im Vergleich zu herkömmlichen Verarbeitungsmethoden wie dem Beschichten oder Ätzen erweist sich das Laserstrukturieren als umweltfreundlicher und präziser und bietet darüber hinaus ein erweitertes Spektrum an gestalterischen Möglichkeiten Die Erzeugung großflächiger Mikround Nanostrukturen stellt sich im Computer-Aided Manufacturing CAM -System allerdings als eine erhebliche Herausforderung dar Denn dabei entstehen massive Datenvolumina insbesondere wenn traditionelle Bahnplanungsalgorithmen angewendet werden sollen Bei großen Bauteilen – zum Beispiel einer Turbinenschaufel von 5 m Länge und 0 4 m Breite – würde ein derartiges Netzwerk ungefähr 8 x 10 16 Flächen beinhalten und im STL-Format 8 Terabyte an Speicher beanspruchen Dies stellt eine nahezu unüberwindliche Hürde für moderne Rechensysteme dar Effiziente Bahnplanung Die prozedurale Darstellung einer Funktionsstruktur umgeht die Notwendigkeit eines derart umfangreichen Dreiecksnetzwerks und ermöglicht eine weitaus effizientere Bahnplanung Hierbei werden die Strukturdaten anhand mathematischer Formeln Gleichungen und Algorithmen definiert Diese Beschreibungen erlauben eine präzise und systematische Gestaltung von Oberflächenstrukturen ohne auf Bildoder pixelbasierte Repräsentationen angewiesen zu sein Prozedurale Oberflächenstrukturen erzeugen zudem kompaktere Datensätze und verhindern jegliche Verzerrungen die bei der Verwendung von Graustufenbildern aufgrund von Skalierung oder Transformationen auftreten könnten Ein weiterer Vorteil prozeduraler Strukturen besteht darin dass sie die Berechnung der Oberflächenstrukturen in Echtzeit während des Prozesses ermöglichen Dies ist insbesondere in Anwendungen bei denen schnelle Anpassungen erforderlich sind von großem Wert Robotergestützt arbeiten Bestehende Laserstrukturieranlagen arbeiten zwar hochpräzise und liefern gute Ergebnisse sind jedoch aufgrund ihrer begrenzten Arbeitsfläche in Bezug auf die Größe der zu bearbeitenden Bauteile eingeschränkt Um große Oberflächen mit den beschriebenen prozeduralen Strukturen zu versehen sind große hochpräzise Anlagen erforderlich was mit entsprechend hohen Investitionskosten verbunden ist die nicht jedes Unternehmen tragen kann oder möchte