Wissenschaftliche Arbeiten und Schwerpunkte der Gruppe Glas

• Laserbearbeitung von Glaswerkstoffen
• Effizienzsteigerung von Prozessen
• Strukturierung von Glasoberflächen
• Fügeprozesse für Gläser in Rohr- und Flachglasprodukten
• Fügeprozesse für Glas-Metall-Paarungen in Rohr- und Flachglasprodukten
• Umformprozesse
• Bohren mit verschiedenen Strahlquellen

Die Laserbearbeitung von Glaswerkstoffen bietet signifikante Vorteile gegenüber den herkömmlichen Verfahren. Dabei steht die Flexibilität des Werkzeugs „Laser“ für die individualisierte Fertigung im Vordergrund. Aber auch im Hinblick auf eine standardisierte Serienfertigung bietet die Laserbearbeitung die Möglichkeit, derzeitige Restriktionen zu überwinden. Beispielhaft seien die Erzeugung kleinster Strukturen mittels Mikrobearbeitung oder der gezielte Energieeintrag in Bauteile zur Vermeidung unnötiger Werkstückerwärmung zu nennen. Bei allen Bearbeitungsverfahren ist die Analyse der Eigenspannungen in den Bauteilen von Bedeutung und als Einheit mit der Materialbearbeitung zu betrachten.

Das LZH arbeitet auf den Gebieten der Glasbearbeitung mit innovativen Partnern aus Industrie und Wirtschaft in gemeinsamen Projekten zusammen:

Laserbasiertes Fügen von Glasbauteilen mit Pulverzusatzwerkstoff
Laserfuegen von Rohrgläsern für Solarröhrenkollektoren

Vorteile der Lasertechnologie im Bereich der Glasbearbeitung

gezielter Energieeintrag sowohl örtlich als auch zeitlich
temperaturgeregelte Prozesse
chemisch neutral
automatisierbar

Bearbeitung von Rohrglas

Rohrglas ist das wesentliche Halbzeug für den Bau von Solarröhrenkollektoren oder Chemieanlagen. Dabei ist insbesondere die Weiterverarbeitung mittels thermischer Verfahren von Interesse. An dieser Stelle können laserbasierte Verarbeitungsverfahren wie Trennen, Fügen von Glas-Glas-Verbindungen, Fügen von Glas-Metall-Verbindungen sowie Umformprozesse zum Einsatz kommen. Die Beherrschung der Viskosität bildet dabei eine Grundvoraussetzung für die Umsetzung der Prozesse und wird durch entsprechende Regelungstechniken erreicht.
Mikrobearbeitung von Gläsern

Die Bearbeitung von Gläsern im mikroskaligen Bereich ist eine Domäne der Lasertechnik. Hier sind durch den Einsatz verschiedener Strahlquellentypen fast alle Gläser bearbeitbar. Dabei reicht die Palette vom Erzeugen kleiner Bohrungen bis hin zu Mikrokanälen oder Mikroformen. Bei der Bearbeitung steht immer ein schädigungsarmer Prozess zur Vermeidung von Mikrorissbildung und Materialspannungen im Vordergrund.

Lasergebohrte Gläser

Mikrokanäle in Glas

Strukturieren von Glasoberflächen

Strukturierungen auf großflächigen Flachgläsern werden unter anderem in der Architektur verlangt und derzeit überwiegend mit Ätz- oder Sandstrahlverfahren erzeugt. Dabei wird die Glasoberfläche chemisch mit Flusssäure oder mechanisch durch Bestrahlen mit geeigneten Granulaten aufgeraut. Das Glas erscheint matt. Handling, Aufbereitung und Entsorgung der zum Teil umwelt- und gesundheitsschädigenden Stoffe binden erhebliche Ressourcen in der Produktion.

Der Lösungsansatz liegt hier im Einsatz einer CO2-Laserstrahlquelle in Kombination mit einem Scanner zur Vermeidung der genannten Nachteile und zur Erhöhung der Flexibilität. Die Vorteile der Lasertechnologie sind:

• variable Designs
• einstufiger Prozess
• einstellbare Lichtstreuung
• Vermeiden von Fingerprints

Entschichtung von Glas

Durch Einsatz von Lasertechnologie ist es möglich, bereits beschichtete Gläser lokal zu entschichten. Die dabei eingesetzte Systemtechnik ermöglicht sowohl ein Abtragen im µm-Bereich als auch großflächig. Die Entschichtungsverfahren können zum Beispiel für das nachträgliche Einbringen von Dekor-Elementen auf Spiegelflächen oder auch zur Herstellung von optischen Komponenten zur Lichtbeugung verwendet werden. Eine weitere Anwendung der Lasertechnologie ist die Produktion von elektronischen Funktionsbauteilen mit Glas als Trägermaterial. Auf kupferbeschichtetem Dünnglas können Leiterbahnen durch Laserstrukturierung erzeugt werden.