Die Herausforderung

Präzisionsbearbeitetes Glas wird in einer Vielzahl von technologisch anspruchsvollen Produkten eingesetzt, darunter medizinische Geräte, biowissenschaftliche Instrumente, Halbleitergeräte und Unterhaltungselektronik. Das liegt daran, dass Glas eine einzigartige und besonders vorteilhafte Kombination von physikalischen Eigenschaften hat. Dazu gehören gute mechanische Festigkeit, Flüssigkeits- und Gasundurchlässigkeit, optische Transparenz, geringe Fluoreszenz, Kratzfestigkeit, thermische Stabilität, chemische Beständigkeit und Biokompatibilität. Bei vielen dieser Anwendungen besteht eine steigende Nachfrage nach Glaskomponenten mit immer kleineren und präziseren Merkmalen – insbesondere nach komplexen Mikrostrukturen mit hohem Seitenverhältnis, die oft auch gewölbte Formen umfassen. Herkömmliche Glasbearbeitungsmethoden wie mechanisches Schneiden, Wasserstrahlschneiden und chemisches Ätzen können jedoch nicht das leisten, was benötigt wird. Die Laserablation ist zwar möglich, aber nicht kosteneffektiv, wenn es um die Vermarktung von Geschwindigkeiten geht.

Die Lösung

Der Ultrakurzpulslaser (USP) hat sich als das einzige wirtschaftlich sinnvolle Mittel erwiesen, um die Art von Schnitten und Mikrostrukturen in Glas und anderen transparenten, spröden Materialien zu erzielen, die moderne Designs heute erfordern. Es handelt sich um zwei unterschiedliche Prozesse. Das erste ist das Filamentationsschneiden – ein Verfahren, das vom Citrogene-Gründer Dr. Abbas Hosseini erfunden wurde. Dabei wird ein USP-Infrarot (IR)-Laser verwendet, um eine Linie mikroskopisch kleiner Hohlräume zu erzeugen, die sich über die gesamte Dicke des Glases erstreckt. Eine Reihe dieser leeren „Filamente“ wird in dem gewünschten Schnittmuster erzeugt, und diese schwächen das Glas, wodurch es sauber getrennt werden kann. Das Hochgeschwindigkeitsschneiden von Kurven und Einsätzen, ohne Verjüngung, kann mit Filamentation durchgeführt werden. Der zweite Prozess ist die Mikrostrukturierung – die Herstellung von Vertiefungen, Sacklöchern, Kanälen und anderen Formen, die in Anwendungen wie der Mikrofluidik verwendet werden. Dies wird durch Hochgeschwindigkeitsschneiden und Abtragen mit einem UV-USP-Laser erreicht.

Das Ergebnis

Citrogene verwendet einen 100 W IR HyperRapid NX für das Filamentationsschneiden und das Schneiden von Durchgangslöchern. (Nach dem Laserschneiden der Löcher folgt die Citrogene-eigene Nachbearbeitung). Für die Mikrostrukturierung wird ein 30 W UV HyperRapid NXT Laser verwendet. „Wir haben uns aus mehreren Gründen für den IR-Laser von Coherent entschieden“, erklärt Mike Armas, Vizepräsident von Citrogene. „Ein wichtiger Punkt ist, dass es den ‚Burst-Modus‘ unterstützt, der für die Filamentierung entscheidend ist. Aber auch die Zuverlässigkeit war uns wichtig. Der Laser ist unser Arbeitspferd, das wir jeden Tag 18 Stunden lang laufen lassen. Für den UV-Laser sahen wir Coherent als die einzige Option an. Kein anderer Laserhersteller bietet ein solches Maß an UV-Zuverlässigkeit wie Coherent, und das ist für unseren Betrieb von entscheidender Bedeutung. Außerdem waren Service und Support für uns genauso wichtig wie die Laserspezifikationen. Coherent ist unser Partner; sie halten unsere Linie am Laufen und lassen uns nie im Stich.“