Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

CW und Q-switched, ordentlicher Ir, sichtbarer oder UV Rums der Spaß macht, sowie Materialbearbeitung mit diesen Lasern.
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Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Mo 03 Nov, 2025 7:34 pm

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 :freak: )

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 8)


Magnetraster.png
Thu Oct 23 16-36-57.jpg
Magnet-Spielbrett.png
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von lightwave » Di 04 Nov, 2025 9:17 pm

Crazy nenne ich das, aber zeig mal her! :shock: :D
Grüße, Georg~lightwave


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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Di 04 Nov, 2025 11:07 pm

... 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 :freak:



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

https://www.youtube.com/watch?v=_txfo_tPguI
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Mi 05 Nov, 2025 10:20 am

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

6x6mm-Optik1.png
6x6mm-Optik2.png
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Mi 26 Nov, 2025 11:34 am

... 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 :freak:

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" :roll:

Viktor
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Mi 26 Nov, 2025 1:39 pm

... 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
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Di 09 Dez, 2025 5:07 pm

... 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 !?! :freak:


*** 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 :wink:
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von Flatlinersholger » Di 09 Dez, 2025 9:11 pm

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 :lol:

Beste Grüße in die (kleine) Runde
Holger
Beste Grüße,
Holger

Wenn's dunkel wird spät nach der Schicht erfreu' ich mich am LASER-Licht :lol:

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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Di 09 Dez, 2025 10:17 pm

... 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 8)

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 :freak:

Viktor
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von Flatlinersholger » Mi 10 Dez, 2025 7:09 am

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

Weiterhin gutes Gelingen
Beste Grüße,
Holger

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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Mi 10 Dez, 2025 10:00 am

... den Rekord "geknackt" hatte ich schon 2001 mit meinem damaligen 400x400µm Steckschachbrett! - nur nicht bei Guinnes angemeldet :?
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Fr 19 Dez, 2025 12:06 pm

... hab' vorhin einen Test mit 0.1mm dickem, "goldfarben" eloxiertem Alu gemacht - links mit noch etwas zuviel Leistung "ausgebrannt", rechts etwas besser.

Nur das "Entgittern" wird dann zu einer Qual ... mache ich dann wohl besser im Modus "Tiefgravur", wo die zu entfernenden Bereiche durch Schraffieren "atomisiert" werden, also nicht mehr herausgebrochen werden müssen :freak:

Dresden1 - Test.jpg
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von ulihuber » Sa 20 Dez, 2025 7:26 pm

... 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 :freak:
Da bin ich mal gespannt, ob nicht ASML das um einen Faktor 1000 kleiner kann ;-)

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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Sa 20 Dez, 2025 8:02 pm

Hi Uli,

der "aktuelle" Rekord ist von 2010 (oder doch von 1996?) mit einer "Schabrett-Größe" von 435x435µm:
https://www.guinnessworldrecords.com/wo ... -chess-set

Dabei hatte ich schon 2002 "Steck-Schachbrettchen" mit 400x400µm für Messe-Demonstrationen herstellen lassen und auf den Messen damit "live" Mikromontage und -Positionierung gezeigt.

So schaut das Steckschach-Brettchen von 2002 aus:

µChess_W1.jpg



-- hab' davon noch knapp 1000:

Mikro-Schach.jpg



Mit Chip-Fertigungstechnologie (oder auch mit dem Nanoscribe-UV-Resin-3D-Drucker) geht das noch deutlich kleiner ... oder auch mit einem Excimer-Laser.

Hier gehts aber erstmal "nur" um direkte Laser-Berarbeitung bzw. was mit einem "konventionellen" Faserlaser für unter 10k€ möglich ist :freak:
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Sa 03 Jan, 2026 3:13 pm

... die Leute vom "Guinness Buch der Rekorde" wollen nicht nur das kleine Schachbrett, sondern auch noch die dazu passenden Schachfiguren im "Staunton-Wettkampf-Design" (König als größte Figur knapp 72µm hoch und 30µm im Durchmesser), sowie eine Vorrichtung, um die zu bewegen :?

Zum "Bewegen" baue ich auf die Schnelle einen 3-Achs-Mikropositionierer mit meinen "PiezoLegs" auf - die können 150nm pro "Schritt" und einen 23mm Verfahrweg.

Für die "einfachere" Herstellung des Schachbrettchens probiere ich was mit "Schrumpffolie" aus - wenn ich die dünn schwarz lakiere und mit einer Feldgröße von 0.75x0.75mm lasere (750x750µm mit einem 10µm großen Laserspot gut machbar) ... und dann im Backofen bei 250°C "Schrumpfen" lasse, wird die vorher 0.3mm dicke Schrumpffolie in XY um Faktor 2.5 kleiner - also um 300x300µm und dafür dann 2mm dick(!) also ein "Türmchen" mit dem Spiefeld obendrauf.

Die Schachfiguren lassen sich so nicht "schrumpfen" und mit dem 10µm großen Laserspot wird das bei 30µm oder weniger Figuren-Durchmesser schon etwas "klobig".

Hab' jetzt mitbekommen, daß die "Nanoscribe 2-Photonen-Rekombinations" UV-Resin-3D-Drucker mit einer "Voxel"-Größe von um 20nm nicht, wie ich dachte, das UV-Resin mit UV-Licht aushärten, sondern mit "NIR"-Laserlicht von laut Info 980nm Wellenlänge!!!

Der Faserlaser mit 1064nm sollte noch nahe genug dran sein, um da auch was machen zu können -- man braucht dafür einen Spot mit einer Energiedichte-Verteilung nach einer Gaußschen Kurve und so wenig Leistung, daß im Spot-Rand bis weit zur Mitte hin nichts passiert -- und dann nur genau in der Mitte ("Spitze" der Gauß-Kurve) die Wahrscheinlichkeit, daß 2 Photonen ein Resin-Molekül gleichzeitig treffen, nicht mehr 0 ist.

Ich probier dann mal was mit dem Faserlaser und den UV-Resin-Vorräten, die ich noch da habe aus.

Das Scanfeld bei der Mikro-Optik mit dem knapp 10µm-Spot ist max. 6x6mm groß und die maximale Energiedichte entsprocht ungefähr einem 1-2kW-Faserlaser - da ist selbst bei nur 1% Leistungs-Einstellung die Energiedichte noch so groß, daß ich das auch noch über die Puls-Länge vermutlichg auf unter 10ns "runterfahren" muß. Mals schauen, ob das wie gedacht funktioniert -- und was ich im Erfolgsfall damit dann als "kleinstes Voxel" hinbekomme ... die XY-Auflösung der Scanner sollte mehr als ausreichen - eine gleich große Auslenkung wie bei der 110x110mm-Optik, welche da ein 25x5mm Quadrat lasert, macht durch die Mini-Optik den 6x6mm max. Scanbereich - also gleiche prozentuelle Auflösung wie bei 25mm auf 6mm "runterfokussiert"

Für die "mechanische" Umsetzung in Z werde ich das wohl manuell mit der Z-Hubachse eines Keratoms machen -- die Z-Achse vom Laser hat als kleinsten Schritt 10µm ... die "Klick-Rastung" des Keratoms macht pro "Klick" 5µm ... und ich kann noch relativ einfach die Mitte zwischen zwei Klicks einstellen, was dann einen Hub von 2.5µm machen würde.

Hier ein Test-Aufbau des PiezoLeg-3-Achsers noch ohne den Z-Galgen für die Aufnahme der Figürchen (Kapillare mit Ansaugen/Absetzen) -- der schwarze Punkt auf der "X-Achse" würde ungefähr dem Bewegungsbereich für Schachbrett entsprechen - die Keramik-Achsen sind 4x3mm (BxH):

3 PiezoLegs - 2.png



-- und hier der komplette Keratom-Aufbau, von dem ich dann nur die Z-Achse mit dem "Klick"-Rad untendrunter brauche - das kleine UV-Resin-Becken kommt dann auf das obere Ende des Schlittens und wird dann pro "Klick" um 5 oder 2.5µm (wenn "zwischen den Klicks") abgesenkt, um die nächste Schnitt-Ebene auszubelichten. Beim König mit knapp 72µm Höhe wären das dann entweder 141 "Schnitt-Ebenen" oder 282, wenn mit halber Auflösung ... Alles schön manuell, also mit Abhak-Liste, damit ich keine auslasse:

signal-2026-01-03-135523_002.jpeg
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Mo 05 Jan, 2026 1:15 am

... hab' jetzt auch eine Lösung, die "Saug-Kapillare" zum Aufnehmen und Absetzen der Figürchen selber passend herzustellen - dafür dann einfach eine Glaskapillare, wie sie zum Blut aufnehmen verwendet werden (0.5mm Außen- 0.3mm Innen-Durchmesser - hab' noch ein paar 100 da), über einer Gasbrenner-Flamme heiß machen und dann ziehen, solange sie weich ist ... dann nur noch an einer passend dicken Stelle abbrechen und schauen, ob die Bruchstelle ausreichend "senkrecht" ist ... sonst neu versuchen.

Alternativ habe ich aus einem früheren Projekt noch ein paar "4-Kant-Kapillaren" aus Glas mit Durchmessern von 0.5mm bis runter zu 0.05mm, die ich ebenfalls "dünn" ziehen kann.

Die Figürchen stehen in einem Abstand von 37,5µm und haben am Kopf einen Durchmesser um 20µm -- die Kapillare müßte also einen Innendurchmesser von um 10-15µm und Außen unter 30µm haben, damit ich die Figuren am Kopf ansaugen und abheben kann, ohne die benachbarten zu stören.

Damit die sich dann am Ziel wieder absetzen lassen, dachte ich zuerst an kleine Eisen-Stiftchen an der Figuren-Basis und in jeweils in der Mitte der Felder und einen Magneten unter dem Brett, damit die sich selber anziehen und zentrieren ... weiß noch nicht, ob ich das so brauche.

Was eventuell einfacher geht, ist das Feld dünn mit Öl zu benetzen (verdunstet nicht so schnell) was die dann beim Absetzen "ankleben" läßt und stärker nach Unten haftet, als die statische Anziehung zwischen Figur und Kapillare ... muß dan nur schauen, ob das mit Ansaugen stark genug ist, die vom "Ölsumpf" ablösen zu können ...
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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von Flatlinersholger » Mo 05 Jan, 2026 9:52 am

Hallo Viktor,
ich lese hier immer wieder mal und staune nur noch, über diese Präzision und Deine Kreativität beim Lösen von Problemen ...

Respekt, Respekt !
Beste Grüße,
Holger

Wenn's dunkel wird spät nach der Schicht erfreu' ich mich am LASER-Licht :lol:

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Re: Lasergravur mit "Mikro-Galvooptik"

Beitrag von VDX » Mo 05 Jan, 2026 9:57 am

Danke, Danke! :D

Mit solchen "kreativen Lösungen" habe ich mir die letzten knapp 40 Jahre auch meine Brötchen verdient - egal, ob im Software- oder Hardware-Bereich ... oder Mikromiontage, Nanotechnik ... oder auch mal ganz was anderes (z.B. Mücken orten und Abschießen) :freak:
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