Mikrostrukturierte Glasoberflächen: RPTU erforscht neue Fertigungstechnologien
Glas ist transparent, chemisch beständig, thermisch stabil und elektrisch isolierend – und damit ein Schlüsselmaterial für zahlreiche Zukunftstechnologien. Gleichzeitig ist die hochpräzise Bearbeitung von Glas im Mikrometerbereich bis heute eine große Herausforderung. Genau hier setzt das neue Forschungsprojekt „Mikrostrukturierung und Oberflächenfunktionalisierung gläserner Substratmaterialien“, kurz MOGS, der RPTU Kaiserslautern-Landau an. Die Finanzierung des Vorhabens erfolgt über Landesmittel sowie den Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) mit einem Gesamtbudget von rund 1,5 Millionen Euro. Rund 825.000 Euro investiert das Land, rund 600.000 Euro die EU. Die RPTU beteiligt sich mit Eigenmitteln in Höhe von 75.000 Euro.
„Wir leisten als Wirtschaftsministerium unseren Beitrag zur Innovationsförderung in Rheinland-Pfalz. Die Rheinland-Pfälzische Technische Universität Kaiserslautern-Landau betreibt wichtige Forschung für unsere Unternehmen. Mit neuen, innovativen Lösungen und einer engen Zusammenarbeit sorgen Wirtschaft und Wissenschaft für Innovationen, Wachstum, Arbeitsplätze und Wertschöpfung im Land. Dabei unterstützen wir als Landesregierung sehr gerne“, sagte Wirtschaftsministerin Daniela Schmitt anlässlich des Projektbeginns Anfang Mai.
Im Mittelpunkt des Projekts steht die Frage, wie sich Glasoberflächen mit hoher Präzision strukturieren, funktionalisieren und mit weiteren Materialien kombinieren lassen. Dafür untersuchen Forschende der RPTU verschiedene Hightech-Fertigungsverfahren: Mikroschleifen, Mikrolaserbearbeitung und 3D-Mikrodruck. Ziel ist es, diese Verfahren nicht nur einzeln weiterzuentwickeln, sondern sie zu ineinandergreifenden Prozessketten zu verbinden. So sollen neuartige mikrostrukturierte Bauteile entstehen, die beispielsweise optische oder elektronische Funktionen oder Wärmeleitung und Flüssigkeitssteuerung direkt auf oder in Glas integrieren.
„Glas besitzt ein großes Anwendungspotenzial – von der Präzisionsoptik über Biosensorik bis hin zur Leistungselektronik. Dafür muss das Material zuverlässig, präzise und wirtschaftlich bearbeitet werden können“, sagt Prof. Jan Aurich, Projektleiter an der RPTU. „Mit MOGS wollen wir die Grundlagen dafür schaffen, Glas als Funktionssubstrat für neue industrielle Anwendungen besser einsetzen zu können.“
Beim Mikroschleifen sollen Glassubstrate so bearbeitet werden, dass defektfreie Strukturen mit hoher Oberflächenqualität entstehen. Die Mikrolaserbearbeitung ermöglicht es, noch feinere Strukturen in Glas einzubringen. Der 3D-Mikrodruck eröffnet darüber hinaus die Möglichkeit, metallische Leiterbahnen, Sensoren oder Mikrostrukturen direkt auf oder in Glassubstrate zu integrieren.
„Die Stärke des Projekts liegt in der Verbindung der Verfahren“, erläutert Dr. Julian Hering-Stratemeier, Projektleiter neben Prof. Aurich, aus der Arbeitsgruppe Optische Technologien und Photonik der RPTU. „Durch die Kombination von Mikroschleifen, Mikrolaserbearbeitung und 3D-Mikrodruck können Strukturen entstehen, die mit einem einzelnen Verfahren kaum realisierbar wären.“
Mögliche Anwendungen reichen von antireflektiven oder wasserabweisenden Glasoberflächen über kleine Systeme, die Flüssigkeiten steuern oder komplette Mini‑Labore auf einem Chip ermöglichen bis hin zu Glas-Metall-Hybriden für Elektronik, Sensorik oder Hochleistungsantennen.
Das Projekt hat eine Laufzeit von 36 Monaten. Begleitet wird es von einem industriellen Projektbeirat mit Unternehmen aus Rheinland-Pfalz, darunter die Schott AG, Philipp Persch Nachf. KG – Diamantwerkzeuge, K.-H. Müller Präzisionswerkzeuge GmbH und Xiton Photonics GmbH. Der Beirat stellt sicher, dass industrielle Anforderungen frühzeitig in die Forschung einfließen und die Projektergebnisse praxisnah bewertet werden.
Neben wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Konferenzbeiträgen ist ein aktiver Transfer in die Wirtschaft vorgesehen. Geplant sind unter anderem Workshops und Informationsveranstaltungen. Die Ergebnisse sollen schließlich auch in die Lehre einfließen. Damit schafft das Projekt nicht nur neue technologische Grundlagen, sondern trägt auch zur Stärkung des Forschungs- und Innovationsstandorts Rheinland-Pfalz bei.