Stephan Milles von der TU Dresden hat eine Aluminium-Platte so mit einem Laser graviert, dass Wasser komplett abperlt. Foto: Tobias Ritz für die TU Dresden
Dresdner Nachwuchs-Laserexperte graviert Lotoseffekte in Alu-Oberflächen
Dresden, 26. September 2019. Damit Flugzeuge, Windräder und anderen Anlagen aus Aluminium langsamer oder gar nicht vereisen, verziert der Dresdner Nachwuchs-Forscher Stephan Milles deren Oberflächen nun mit einem hauchfeinen Lasermuster. Durch die winzig kleinen „Berge“, die er in die Alu-Häute graviert, erzeugt er einen Lotos-Effekt nach dem Vorbild der Natur: Die Tragflächen und Rotorblätter weisen Wasser und Eis gleichermaßen ab. Das hat die TU Dresden nun mitgeteilt.
Lotos-Gravur statt Lotos-Schicht
Zwar sind künstliche Lotoseffekte etwa für Sanitäranlagen oder Autos auch heute schon möglich. Die werden aber in aller Regel durch spezielle Beschichtungen erzeugt, die schließlich altern und kaputt gehen können. Solche Alterungseffekte kennen die Lasergravuren von Milles nicht.
Mit einem Laser bearbeitete Aluminiumoberfläche mit wasser- und eisabweisender Funktion. Der Abstand der einzelnen Strukturelemente (Abstand „Berg“ zu „Berg“) beträgt 7 Mikrometer. Zum Vergleich: Ein menschliches Haar hat einen Durchmesser von 50 bis 80 Mikrometern. Mikroskop-Aufnahme: Stephan Milles für die TUD
Interferenzmuster für die Massenproduktion
Der Wissenschaftler hat sich bei seinen Forschungen beizeiten auf Aluminium konzentriert, weil dieser Leichtbau-Werkstoff zum Beispiel in der Luftfahrt gerne eingesetzt wird. Um die Lotos-Strukturen darauf zu erzeugen, spaltet er das Licht eines Lasers zunächst in mehrere Teilstrahlen auf und führt sie dann wieder zusammen. Dadurch entsteht ein Licht-Schatten-Überlagerungsmuster, die man aus den Optik-Experimenten als „Interferenz-Muster“ kennt. Und eben dieses Muster gräbt dann die Anti-Wasser- und Anti-Eis-Strukturen in die Alu-Oberfläche. Vorteil dieser Interferenz-Methode: Sie hat das Potenzial zur Massenproduktion, da sie Oberflächen quadratmeterweise gravieren kann. Allerdings muss Milles sein Verfahren dafür noch weiter verbessern.
Schon wenige Sekunden Eis-Aufschub können helfen
Und der wirtschaftliche Nutzen und das Plus an Sicherheit durch solche eisabweisende Strukturen liegt auf der Hand: „Wenn ein Flugzeug durch Wolken fliegt, hilft es schon, wenn die Vereisung von Tragflächen, Triebwerken und Sensorelementen um ein paar Sekunden verlangsamt wird“, betont der Nachwuchs-Forscher.
Andrés Lasagni (rechts) und Prof. Frank Mücklich (links) arbeiten schon seit Jahren an Methoden, um mit Lasern sehr schnell Mikrostrukturen zu erzeugen. Foto: Klingseisen, Berthold-Leibinger-Stiftung
Milles hat diesem Thema seine Doktor-Arbeit gewidmet. Als Doktorvater hat er den Laserexperten Prof. Andrés Fabián Lasagni gewonnen, der an der TU Dresden den Lehrstuhl für „Laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung“ leitet, und sich bereits seit Jahren mit derartigen Mikrostukturen beschäftigt.
Autor: hw
Quellen: TUD, Fraunhofer-IWS, Oiger-Archiv
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