Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

[VDX]

Hallo,

sollte jemand hier an den Möglichkeiten von "Mikro-Lasergravur" interessiert sein - ich werde die nächsten Tage/Wochen einiges mit einer telezentrischen "Mikro-Optik" ausprobieren und kann hier dann auch ein paar Beispiele posten.

Mein bisher verwendeter 30W-Faserlaser-Galvo hat eine f-theta mit 110x110mm Scanfeld und knapp 40µm Spot-Durchmesser.

Die heute gekommene "Mikro-Optik" hat ein Scanfeld von nur 6x6mm, dafür dann auch einen viel kleineren Spot mit um 7µm.

Bestellt habe ich mir die für einen "Guinness-Buch der Rekorde"-Rekordversuch zum "kleinsten maschinell hergestellten Schachspiel der Welt".

Der Rekord gilt seit 2010 und wird von einer amerikanischen Uni gehalten, welche zusammen mit einer Mikrofertigungs-Firma ein Schachbrett mit glaube 437x437µm Größe hergestellt hat (dabei war mein Mikro-Steck-Schachbrett von 2001 mit 400x400µm schon kleiner als das )

Ich habe den Rekordversuch vor etwas über 1 Monat angemeldet und sollte in etwa 2 Monaten Bescheid bekommen, ob der akzeptiert wird ... dann wollte ich ein kleines Magnet-Schachbrett (und die Figuren dazu) mit einer Große von 200x200µm herstellen.

Als Test und Vorbereitung dazu habe ich mich schonmal an was größerem probiert - hier ist das Feld noch 10x10mm groß und mit einem knapp 40µm Spot gelasert ... also in der gleichen Art, nur mit einem 0.2x0.2mm großen Feld

Magnetraster.png

Thu Oct 23 16-36-57.jpg

Magnet-Spielbrett.png

[lightwave]

Crazy nenne ich das, aber zeig mal her!

[VDX]

... morgen mache ich noch ein paar Carbon-"Nanites" (dabei sollte einiges an Graphen, Fullerenen und Carbon-Nanotubes entstehen - mit etwas Glück wird die Lösung "rötlich") und schau, ob ich an denen irgendwelche Quantenpunkt-Eigenschaften sehe -- die Eisen-Nanospheres zeigen in 405nm-UV keine Farben, sondern eine Art "diffuses Hellgrau" - möglicherweise sind die noch zu sehr "durchmischt" ... ich schick mal eine Dose voll zu meinem Freund mit der Ultrazentrifuge, ob der mit den separierten Fraktionen mehr sieht.

Ich kann dann auch ein Foto von der telezentrischen "Mikro"-Galvooptik machen -- die sieht interessant aus - ein kompaktes Optik-Modul, in eine gelochte (?!?) Alu-Scheibe eingepasst, damit das in die normalen Gewindeaufnahmen paßt



*** EDIT *** - dann hänge ich hier auch mal das Video vom "Atomisieren" der Eisen/Stahl-Folie dran

https://www.youtube.com/watch?v=_txfo_tPguI

[VDX]

... hier die versprochenen Fotos von der "Mikro-Galvo-Optik":

6x6mm-Optik1.png

6x6mm-Optik2.png

[VDX]

... hier ein Update zu meiner "Guinness Buchh der Rekorde"-Anmeldung zur Herstellung des "kleinsten maschinell hergestellten Schachbretts der Welt", wofür ich mir diese Mikrooptik auch erst bestellt hatte

Der Termin ist am 25. Februar ... die angepeilte "Spielfeld-Größe" beträgt 300x300µm, jeweilige Quadrat-Größe 37.5x37.5µm.

Eine kleiners Problem könnte sein, daß die unbedingt das "Championship Staunton" Design, passend herunterskaliert für die Spielfiguren haben wollen ... das wäre dann für den König ein Basisdurchmesser von 30µm und eine Höhe von 71.6µm

Das sollte sich mit Auflaminieren (=>"LOM"-Fertigung) noch machen laassen - ich bräuchte dann Schichtdicken von 10µm oder dünner, in jeweils 2 unterschiedlichen Farben ...

Die "groben" Figuren-Details sind noch recht einfach da radialsymmetrisch und ich einfach nur den Konturschnitt der jeweiligen Schicht wegdampfen muß ... die "feinen" Details, wie die Zacken bei Dame, Konig und Turm gehen auch noch ... nur der Spalt bei den Läufern wird mit 8-10µm Breite evtl etwas "unförmig"

Viktor

[VDX]

... hab' mal testweise ein "Magnetraster" mit der Mikro-Optik gelasert - das vorher mit der normalen Optik in 10x10mm Größe erstmal nur "optisch runterskaliert" -- das Feld wird damit von 10x10mm zu 2.2x2.2mm kleiner, sonst Alles gleich - die Feld-Quadrate werden damit 275x275µm, die "Magnet-Türmchen" um 160µm im Durchmesser ... die Energie ist mit 3% der Laserleistung noch viel, viel zu hoch - muß das dann über Reduzierung der Pulslänge anpassen, damit das Material nicht so zusammenschmilzt (hab' ein 200x200µm Feld probiert, ist aber total zusammengeschmolzen).

Hier ein Video davon https://www.youtube.com/watch?v=-he1IbSTpOg

Und hier ein paar Bilder von den Ergebnissen (wie geschrieben, noch zuviel Leistung, also zusammengeschmolzen -- die 0.16mm-Türmchen stehen aber noch gut stabil):

Felder1.jpg

Felder1a.jpg

Felder1b.jpg

[VDX]

... hab' heute was ausprobiert, um mir die "Miniaturisierungs"-Arbeit etwas zu erleichtern.

Einen Satz Blätter aus " Schrumpf-Folie" bestellt und ausprobiert, wieviel das nach dem Erhitzen "zusammenschnurrt".

Ein 40x20mm Stück "schrumpft" relativ gleichmäßig auf 16x8mm zusammen, wird dann aber auch von 0.3mm vorher nach dem Erhitzen knapp 2mm dick.

Wenn ich das Schachbrett-Muster also "kalt" aufdampfen kann (sollte mit dem MOPA und kurzen Pulslängen zwischen 10-40ns klappen), muß ich nicht sofort auf 0.3x0.3mm Spielfeldgröße gehen, sondern kann das mit 0.75x0.75mm auflaminieren (oder "subtrahieren") und dann um Faktor 2.5x aufs Endmaß "schrumpfen".

Für die Figuren geht das so nicht, weil ich da "Schichthöhen" pro Schnittebene um 3-5µm brauche -- das geht aber mit aufgesprühter Farbe, antrocknen lassen und dann entweder "Scheiben" fürs direkte Laminieren, oder "Löcher" für eine Negativform für eine galvanische Herstellung ... wie geschrieben - der "König" hat einen Basis-Durchmesser von 30µm und ist knapp 72µm hoch.

Hab' mir auch nochmal Gedanken gemacht zur "Gravierspur"-Breite -- ein "normaler" Faserlaser mit einem 110x110mm-Scanfeld graviert eine Spurbreite von um 35µm ... um Faktor 2.5x "geschrumpft", wird daraus irgendwas mitum 15µm ... die "Mikro-Optik" hat einen Spot-Durchmesser bzw. Gravierspur mit knapp 10µm (8-9) -- daraus sollte dann eine "Gravierspurbreite" von 4µm werden !?!


*** EDIT ***
Noch ein Nachklapp zur "Vorbeschichtung" vor dem Schrumpfen -- wenn ich das mit z.B. schwarzem Lack mache - der wird beim Erhitzen wieder verflüssigt und "schrumpft" mit, so daß die Koturen und "Gravier-Linien" auch synchron mit schrumpfen sollten.

Wenn ich das z.B. mit schwarzem Carbon oder einem Metall bedampfe - diese Schichten haben eine typische Dicke von wenigen bis maximal 40nm (die Ursprungssicht ist etwas über 70nm dick) -- da wird das kaum was an der Haftung und Konturverhältnis ändern, außer daß das Alles mitschrumpft und die aufgedampfte Schicht danach doppelt so dick sein sollte

[Flatlinersholger]

Hi Viktor,

das ist schon alles erstaunlich klein, was Du da so laserst!
Bin als Feinmechaniker beruflich ja auch recht genau unterwegs, aber den 100W CO2 Laser nutze ich eigentlich nur für's Grobe, oder wo es eben nicht ganz so genau drauf ankommt...

... oder für kleine kreative Geschenke in der Familie, Nachtlicht für's Enkeltöchterchen usw.

Ansonsten Fräsen, Drehen oder Drucken.
Respekt aber vor Deinen Mini Werkstücken, selbst mit Brille ist mir das deutlich zu klein

Beste Grüße in die (kleine) Runde
Holger

[VDX]

... wie schon geschrieben -- die "normale" Galvo-Optik hat einen Scanbereich von 110x110mm und einen Laserspot von knapp 40µm (iwas um 35-37µm).

Mit der "Mikro-Galvooptik" wird der maximale Scan-Bereich 6x6mm groß und der Spot-Durchmesser knapp 10µm (8-9µm).

Damit läßt sich schon was "machen", bei der angepeilten Spielfeld-Größe von 300x300µm hat ein einzelnes Quadrat dann iwas um 37.5µm Seitenlänge - da ist ein 10µm-Spot schon etwas "groß", so daß das unter dem Mikroskop schon ziemlich "verrundete" Ecken hätte.

Mit dem "Schrumpf-Folien"-Trick kann ich (nur fürs Spielfeld) die jeweiligen Dimensionen vor dem "Schrumpfen" um den Faktor x2.5 größer lassen, was (nach dem Schrumpfen) dann so aussehen sollte, als hätte ich einen Spot mit knapp 4µm größe verwendet -- deutlich "besseres" Bild

Bei der Figuren-Herstellung muß ich mir noch was überlegen - hier funzt der "Schrumpf"-Trick nicht, ich muß das also mit den 10µm Spotgröße durchziehen -- die Basisgröße eines Bauern wird um 26µm haben, die "mittelgroßen" Figuren um 28µm, König und Dame um 30µm Basis-Durchmesser.

Bei den "rotationssymmetrischen" Figuren kann ich das Innenvolumen mit dem 10µm-Spot noch gut "abbilden" bzw. runde Scheibchen auflaminieren oder aus einer Schnittebene (iwas um 2-3µm Dicke) herausdampfen (für eine "negativ"-Form zur mikrogalvanischen Herstellung).

Es bleibt also spannend und die Zeit bis 25. Februar (bzw. vorher, für die sichere "Vor-Fertigung") ist auch nicht mehr sooo lang

Viktor

[Flatlinersholger]

Aber mit Deinen Bemühungen schaffst Du bestimmt den bisherigen Rekord zu knacken und bekommst den Eintrag.

Weiterhin gutes Gelingen

[VDX]

... den Rekord "geknackt" hatte ich schon 2001 mit meinem damaligen 400x400µm Steckschachbrett! - nur nicht bei Guinnes angemeldet