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„Fusion Bionic“ lasert Lotuseffekte

Dr. Sabri Alamri von "Fusion Bionik" mit einer lasergravierten Probe. Foto: Ronald Bonß für das Fraunhofer-IWS

Dr. Sabri Alamri von “Fusion Bionik” mit einer lasergravierten Probe. Foto: Ronald Bonß für das Fraunhofer-IWS

Fraunhofer IWS Dresden gründet Lasertech-Unternehmen aus

Dresden, 18. Mai 2021. Der Dresdner Fraunhofer-Forscher Tim Kunze hat gemeinsam mit Kollegen mit „Fusion Bionic“ ein Unternehmen in Dresden gegründet, dass mit Lasern beispielsweise Lotoseffekte und andere von der Natur inspirierte Mikrostrukturen auf Flugzeuge, Implantate, Batterien und Autos graviert. Das hat das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) mitgeteilt, das dieses Verfahren gemeinsam mit der TU Dresden entwickelt hatte.

Prophylaxe gegen vereiste Tragflächen

In ihrer Ausgründung setzen die drei Gründer moderne Lichtinterferenz-Technologien aus Dresden ein: Durch „direkte Laserinterferenz-Strukturierung“ („Direct Laser Interference Patterning“, kurz: DLIP) können sie sehr schnell Lotuseffekte und andere raffinierte Strukturtricks der Natur auf technische Artefakte übertragen. Diese mikroskopisch kleinen Oberflächenmuster machen zum Beispiel Implantate verträglicher für die Patienten oder verhindern mit ihren Anti-Eis-Mustern, dass Fluggäste im Winter wegen tiefgefrosteter Tragflächen ewig auf den Start in den sonnigen Süden warten müssen.

Das Gründerteam von "Fusion Bionik". Foto: Ronald Bonß für das Fraunhofer-IWS

Das Gründerteam von “Fusion Bionik”: Benjamin Krupop, Dr. Tim Kunze und Dr. Sabri Alamri (v. l.). Foto: Ronald Bonß für das Fraunhofer-IWS

Die in der vergangenen Dekade am Fraunhofer IWS und an der TU Dresden erforschte Technologie ist nun marktreif. Dr. Tim Kunze, der bisher die Gruppe für Oberflächenfunktionalisierung am Fraunhofer IWS leitete, hat daher im April 2021 mit einem Team aus Wissenschaft und Wirtschaft „Fusion Bionic“ gegründet. Der Firmenname steht für die Fusion von naturinspirierten Effekten in technische Produktoberflächen, also eine Art Symbiose aus Biologie und Technologie nach dem Vorbild der Bionik. Kunze möchte mit diesem Fraunhofer-Forschungstransfer in die Praxis auch für neue Arbeitsplätze und Wertschöpfung in Dresden und Sachsen sorgen. Die Belegschaft soll bis Ende 2022 auf etwa zehn Beschäftigte wachsen.

Prof. Christoph Leyens. Foto: Fraunhofer IWS Dresden / Martin Förster

Prof. Christoph Leyens. Foto: Fraunhofer IWS Dresden / Martin Förster

Den Haien und Schmetterlingen die evolutionären Tricks abgeschaut

„Daran haben wir am Fraunhofer-IWS und an der TU Dresden gemeinsam zehn Jahre lang geforscht“, blickt Institutsleiter Prof. Christoph Leyens auf den Pfad bis zur Ausgründung. „Heute ist Dresden in dieser Technologie führend und inspiriert immer mehr Forschende in Europa sowie Asien, die Interferenztechnologie genauer unter die Lupe zu nehmen.“ Nahezu unendliche Möglichkeiten prophezeit auch Prof. Andrés Fabián Lasagni, der diese Technologie nach Dresden gebracht hat und derzeit an der Dresdner Exzellenz-Universität die Professur für Laserbasierte Methoden zur großflächigen Oberflächenstrukturierung leitet. Die Laserinterferenz-Strukturierung übertrage evolutionäre Vorteile, die Reptilien, Schmetterlinge, Haie und andere Tiere über Jahrmillionen hinweg entwickelt haben, im Zeitraffer auf die technologische Welt: „Viele Insekten beispielsweise haben antibakterielle Oberflächen, die dafür sorgen, dass sie nicht so schnell krank werden“, sagt er. „All das können wir mit der Laserstrukturierung nun auch erzeugen. Die Perspektiven in der Medizintechnik, im Maschinenbau und vielen anderen Branchen sind enorm.“ Leyens ergänzt: „Ohne die Pionierarbeit von Prof. Andrés Lasagni wären wir nicht, wo wir heute stehen.“

Andrés Lasagni (rechts) und Prof. Frank Mücklich (links) haben eine neue Methode gefunden, um mit Lasern sehr schnell Mikrostrukturen zu erzeugen.

Andrés Lasagni (rechts) und Prof. Frank Mücklich (links). Foto: Klingseisen, Berthold-Leibinger-Stiftung

Hohes Tempo möglich

Die Interferenzmuster sind der besondere Clou der Dresdner Technologie: Statt mit einem einzelnen Laserstrahl das gewünschte Strukturmuster langsam wie mit einem Bleistift auf das Werkstück zu „zeichnen“, belichten die Laserköpfe von Fusion Bionic große Flächen mit hohem Tempo. Für dieses Verfahren sowie die verbundenen Hardwarelösungen ist „Fusion Bionic“ der weltweit erste kommerzielle Anbieter.

Auch um wasserabweisende Lotoseffekt-Muster auf Titanteile von Flugzeugen zu erzeugen, nutzen Ingenieure der TU Dresden und des Fraunhofer-Institus IWS in Dresden die Laser-Strukturierung - hier unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) betrachtet. Abb.: A. Lasagni

Auch um wasserabweisende Lotoseffekt-Muster auf Titanteile von Flugzeugen zu erzeugen, nutzen Ingenieure der TU Dresden und des Fraunhofer-Institus IWS in Dresden die Laser-Strukturierung – hier unter dem Rasterelektronenmikroskop (REM) betrachtet. Abb.: A. Lasagni

Um diesen Vorsprung zu nutzen, will das Gründerteam nun zügig in Dresden einen Produktionsstandort aufbauen. Mehrere Investoren haben bereits reges Interesse bekundet, die skalierbare Technologie aus Dresden zu unterstützen. Das Team um Kunze möchte dort komplette Laserstrukturierungs-Maschinen herstellen, aber auch standardisierte DLIP-Bearbeitungsmodule, die dann zum Beispiel ein Mittelständler aus der Industrie perspektivisch auf seine Roboter montieren kann.

Als weiteres zukunftsträchtiges Geschäftsfeld neben dem eigenen Laser-Maschinenbau will „Fusion Bionic“ auch Lohnauftrags-Strukturierungen und eigens weiterentwickelte funktionale Produktoberflächen anbieten. Mehrere Unternehmen aus der Luftfahrt, der Automobilindustrie und dem Anlagenbau haben bereits Interesse daran signalisiert. Großes Interesse besteht auch bei wissenschaftlichen Einrichtungen ähnlich dem Mutterinstitut IWS, die weitere Potenziale in eigenen Forschungsaktivitäten untersuchen wollen.

Gravur hält länger als eine Beschichtung

„Wir stellen mit unserer DLIP-Technologie gänzlich neue Produktmöglichkeiten bereit“, argumentiert Tim Kunze. „Bisher hat man funktionale Oberflächen üblicherweise durch Beschichtungen erzeugt, weil der Laser zu langsam erschien.“ Aber Schichten brächten oftmals nicht den gewünschten Effekt und seien teilweise wenig beständig oder sogar umweltschädlich. Die funktionalen Oberflächenstrukturen von „Fusion Bionic“ bieten einen neuen Ansatz, Produkte zu veredeln. „Dank der Interferenztechnologie können wir Oberflächen inzwischen so schnell funktionalisieren, dass diese Lösung eine ernstzunehmende Konkurrenz zur klassischen Beschichtung geworden ist.“

Für die kommenden Jahre haben die Gründer bereits Pläne geschmiedet: Nach Aufbau der ersten Produktionsmöglichkeiten sollen eigens entwickelte Systemlösungen das technologische Potenzial für immer mehr Industriezweige verfügbar machen. „Das haben wir bereits mit einem Projektpartner für einen marktführenden Anbieter von Steckverbindern unter Beweis gestellt, sodass durch unsere DLIP-Lösungen hoffentlich bald eine neue Generation von elektrischen Steckverbindungen mit höherer Verlässlichkeit verfügbar wird“, betont Kunze.

So funktioniert das DLIP-Verfahren

Beim DLIP-Verfahren fächert ein optisches System Laserstrahlen in mehrere Teile auf. Dann fokussiert das am Fraunhofer IWS entwickelte DLIP-Bearbeitungssystem die Teilstrahlen auf die Oberfläche, die beispielsweise wasserabweisend wie eine Lotusblume werden soll. Dort überlagern sich die Strahlen zu Interferenzmustern, wie man sie so ähnlich aus den Optikexperimenten im Physikunterricht kennt. Das System basiert auf gepulsten Strahlen, die mit schneller Bewegung Flächen sukzessive bearbeiten. An den hellen Stellen trägt der Laser Material ab, lässt es an den dunklen hingegen unberührt. Unter Laborbedingungen gelingt es dem Fusion-Bionic-Team bereits, fast einen Quadratmeter pro Minute zu bearbeiten. Dadurch entstehen auf der Oberfläche wie sehr feine Strukturen, die teilweise nur wenige Hundert Nanometer (Millionstel Millimeter) groß sind. Sie sorgen beispielsweise dafür, dass Schmutz oder Eis keinen Halt finden. Aber auch andere Funktionen kann der Laser auf der Oberfläche erzeugen, die beispielsweise eine höhere Akzeptanz des Körpers gegenüber Implantaten oder verlässlichere elektrische Steckverbindungen sicherstellen.

Autor: Heiko Weckbrodt

Quelle: Fraunhofer IWS