Oberflächen technischer Produkte, etwa von Solarzellen, Optiken, medizintechnischen Produkten oder im Automotive-Bereich, sind längst mehr als nur rein physische Begrenzungen. Durch Mikrostrukturen oder Beschichtungen verwandeln sich einfache Bauteile in (multi-) funktionale Elemente. So entstehen Hochleistungsprodukte, die durch ihre Einzigartigkeit am Markt für ein nachhaltiges Wachstum in Europa sorgen.
Der wachsende internationale Wettbewerb setzt produzierende Unternehmen unter hohen Druck, neue Märkte erschließen zu müssen. Nur dann, wenn sie individualisierte High-Tech-Produkte und neue Technologien jenseits der Massenfertigung entwickeln und gestalten, können Sie dieser Herausforderung angemessen und dauerhaft begegnen. Eine Chance bietet die Funktionalisierung der Oberflächen technischer Bauteile: Die Oberfläche übernimmt damit wichtige Funktionen für das Produkt, die für die Leistungsfähigkeit maßgeblich sind und diese entscheidend beeinflussen. Zudem kann dadurch das Spektrum der Produkteigenschaften erweitert werden.
In den Ingenieurwissenschaften, aber auch in vielen Bereichen des täglichen Lebens haben funktionalisierte Oberflächen eine zentrale Bedeutung. Denn gerade durch sie wird erst die technische Funktion des gesamten Bauteils gewährleistet. Der Zustand der Oberfläche eines Materials und die Funktionstauglichkeit der Oberfläche werden dabei durch zahlreiche Einflussgrößen bestimmt. Zum einen sind dies die physikalischen und chemischen Eigenschaften der Grenzschicht, zum anderen aber auch die geometrischen Eigenschaften.
Die Art der Oberflächenfunktionalisierung orientiert sich dabei am Einsatzgebiet des technischen Bauteils:
So werden Oberflächen von Solarzellen mit Mikrostrukturen versehen, um die Oberfläche und damit den Wirkungsgrad der Zelle zu erhöhen (physikalische Funktion).
Mikrostrukturen spielen auch bei der Entspiegelung von Optiken, beispielsweise für hochleistungsfähige Teleskope, eine wichtige Rolle. Sie sind in diesem Fall deutlich kleiner als die Wellenlänge des einfallenden Lichts und verhindern so unerwünschte Reflexion nahezu vollständig (optische Funktion).
Weitere Anwendungsfelder finden sich in der Medizintechnik: Das Kugel-Pfanne-System von Hüftgelenksprothesen muss beispielsweise eine polierte Oberfläche aufweisen, um unerwünschten Verschleiß zu minimieren (tribologische Funktion). Beim Schaft der Prothese dagegen ist eine biologisch aktive Oberfläche gefordert, um das Anwachsen der Zellen zu fördern.
Zusätzlich haben strukturierte Oberflächen aber häufig auch eine ästhetische Bedeutung, wie etwa eine Ledernarbenstruktur auf Kunststoffoberflächen im Automobil, die das visuelle und haptische Erscheinungsbild veredeln.
Die Fertigung funktioneller Oberflächen – der Vortrag stellt Fertigungsverfahren vor – fordert ingenieur- und naturwissenschaftliche Disziplinen heraus. Gerade die Hochlohnländer in Europa können hier ihre interdisziplinäre Ausrichtung und die enge Anbindung der Industrie an eine hoch entwickelte Bildungs- und Forschungslandschaft nutzen, um durch Innovation nachhaltig ihre Standortvorteile zu sichern und auszubauen.
Referent:
Dr. Claus Gunkel
Leica Microsystems
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