01.07.2021

Laser schaffen Lotusstrukturen

Start-Up „Fusion Bionic“ setzt auf Laserinterferenz-Technologien.

Ein Team aus Forschern des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahl­technik IWS und aus der Wirtschaft gründen mit „Fusion Bionic“ ein aus, das mit weltweit führenden Lösungen zur Laser­interferenz-Technologie Lotus­effekte und weitere funktionale Mikro­strukturen der Natur auf technische Oberflächen wie Tragflächen und Implantate bringen will. Unterstützung erhielt das Team vom AHEAD-Programm der Fraun­hofer-Gesellschaft, das sich auf den Technologie­transfer spezia­lisiert hat.

Abb.: Licht­interferenz-Techno­logien ermöglichen Lotus­effekte und andere...
Abb.: Licht­interferenz-Techno­logien ermöglichen Lotus­effekte und andere Struktur­tricks der Natur auf Oberflächen von Batterie­komponenten, Implan­taten oder Flugzeugen. (Bild: Fh.-IWS)

Die mikroskopisch kleinen Oberflächen­muster gestalten Implantate verträglicher oder verhindern mit ihren Anti-Eis-Mustern, dass Fluggäste im Winter wegen tiefge­frosteter Tragflächen ewig auf den Start in den sonnigen Süden warten müssen. Die in der vergangenen Dekade am Fraunhofer IWS und an der TU Dresden erforschte Direkte Laser­inferenz-Strukturierung (DLIP) ist nun marktreif. Tim Kunze, der bisher die Gruppe für Oberflächen­funktionalisierung am Fraunhofer IWS leitete, hat daher im April 2021 mit einem Team aus Wissenschaft und Wirtschaft das Unternehmen gegründet. „Bionic Fusion“ steht für die Fusion von natur­inspirierten Effekten in technische Produkt­oberflächen, eine Symbiose aus Biologie und Technologie. „Dabei hat uns auch das Fraunhofer AHEAD-Programm stark weitergeholfen. In einem unter­nehmerischen Umfeld mit Unterstützung von Experten aus der Fraunhofer-Gesellschaft haben wir unser Geschäftsmodell sowie das Produkt geschärft und unser Team gut für die Gründung aufgestellt“, sagt Tim Kunze. Die Belegschaft soll bis Ende 2022 auf etwa zehn Beschäftigte wachsen.

„Heute ist Dresden in dieser Technologie führend und inspiriert immer mehr Forschende in Europa sowie Asien, die Interferenz­technologie genauer unter die Lupe zu nehmen“, sagt Institutsleiter Christoph Leyen. Nahezu unendliche Möglich­keiten prophezeit auch 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 Andrés Lasagni wären wir nicht, wo wir heute stehen.“

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, belichtet das DLIP-Verfahren große Flächen mit hohen Prozess­geschwindigkeiten. Für dieses Verfahren sowie die verbundenen Hardware­lösungen ist Fusion Bionic der weltweit erste kommerzielle Anbieter. 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 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 Lösungen von Fusion Bionic angefragt. Großes Interesse besteht auch bei wissen­schaftlichen Einrichtungen, die weitere Potenziale in eigenen Forschungs­aktivitäten untersuchen wollen. „Wir stellen mit unserer DLIP-Technologie gänzlich neue Produkt­möglichkeiten bereit“, sagt 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“, sagt Kunze.

Beim DLIP-Verfahren fächert ein optisches System Laser­strahlen in mehrere Teile auf. Dann fokussiert das DLIP-Bearbeitungs­system die Teilstrahlen auf die Oberfläche, die beispiels­weise wasserabweisend wie eine Lotusblume werden soll. Dort überlagern sich die Strahlen zu Interferenz­mustern. 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, bis zu 0,9 Quadratmeter pro Minute zu bearbeiten. Dadurch entstehen auf der Oberfläche wie in einem Laser­texturierungs­prozess sehr feine Strukturen, die teilweise nur wenige hundert Nanometer groß sind.

Fh.-IWS / JOL

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