Von der Natur zur Technologie: DLIP als Schlüsselverfahren

„Die Blätter von Bäumen werden unterschiedlich von Regen benetzt, an einer Lotusblume etwa perlt Wasser ganz ab. Und eine Schlange kann sich nur mithilfe ihrer Hautschuppen rasch fortbewegen“, erklärt Mücklich. Ausgehend von solchen Beobachtungen entwickelte er gemeinsam mit seinem Team die sogenannte direkte Laserstrahlinterferenzstrukturierung (Direct Laser Interference Patterning, kurz DLIP). Dabei entsteht durch die Überlagerung von Laserwellen – also Interferenz – ein Muster extrem verdichteter Lichtintensität, das in Bruchteilen von Sekunden mikroskopische Strukturen auf Materialoberflächen erzeugt.

Diese berührungslose Methode lässt sich mit Geschwindigkeiten von bis zu einem Quadratmeter pro Minute auf nahezu allen festen Materialien anwenden. „Damit verändern wir die Eigenschaften von Oberflächen, um diese zum Beispiel reibungsärmer, weniger verschleißanfällig oder leitfähiger zu gestalten“, sagt der Experte.

Anwendung in der Industrie: Vom E-Auto bis zur Medizintechnik

Besonders deutlich wird das Potenzial der Technologie in der Elektromobilität. Dort helfen die laserstrukturierten Oberflächen, die zahlreichen elektrischen Steckverbindungen robuster und effizienter zu gestalten. „Durch unsere Laserstrukturierung können Metalloberflächen bis zu 80 Prozent besser als herkömmliche Steckverbindungen den Strom leiten und benötigen etwa 40 Prozent weniger Kraftaufwand, um sie ineinanderzustecken. Diese spielt bei der Montage und der späteren Wartung in den weltweiten Werkstätten eine wesentliche Rolle, denn so können noch mehr Einzelstecker gebündelt und sparsamer verbaut werden“, so Mücklich.

Vermarktet wird die maßgeschneiderte Technologie von der Firma Surfunction – ein Start-up, das aus dem von Mücklich gegründeten Steinbeis-Forschungszentrum Material Engineering Center Saarland (MECS) hervorgegangen ist.

Laserstrukturierte Materialien im All und im Körper

Auch im All hat sich DLIP bereits bewährt: Während der ISS-Mission von ESA-Astronaut Matthias Maurer – dem ersten Diplomanden von Frank Mücklich – kamen laserstrukturierte Materialien auf der Raumstation zum Einsatz. Sie sorgten dafür, dass Bakterien und andere Mikroorganismen weniger an Oberflächen wie Griffen, Schaltern oder Armaturen haften blieben. Insgesamt wurden über 900 Proben bei Weltraummissionen untersucht.

Inzwischen geht Mücklichs Forschung einen Schritt weiter – in Richtung medizinischer Implantate: „Derzeit entwickeln wir beispielsweise neuartige Oberflächen für Stents, die bei Herzoperationen eingesetzt werden, damit diese nicht vom menschlichen Körper als Fremdkörper wahrgenommen werden und Entzündungen auslösen. So ließe sich im Erfolgsfall der Antibiotikaeinsatz nach einer Operation reduzieren und auch die Thrombosegefahr im Inneren der Stents senken, weil die roten Blutkörperchen nicht mehr an der inneren Oberfläche der Stents verklumpen können“, erläutert der Professor.

Rückverfolgbarkeit, Ressourcenschonung und Kreislaufwirtschaft

Ein weiteres Anwendungsfeld ist der Plagiatsschutz: Da sich die Laserstrukturierung auch auf Glas, Keramik und Kunststoffe anwenden lässt, können fälschungssichere Merkmale direkt in Bauteile eingebracht werden. „Das lässt sich auf alle Werkstoffe und Bauteile übertragen, deren Herstellungsprozess fälschungssicher zurückverfolgt werden soll“, erklärt Mücklich.

Darüber hinaus eröffnet die Technologie Perspektiven für eine nachhaltigere Produktion: Durch den berührungsfreien Prozess verschleißen keine Werkzeuge, chemische Substanzen können eingespart werden – ein Vorteil für Unternehmen und Umwelt gleichermaßen. „Dies ist auch wesentlich für die Circular Economy, also eine schrittweise, immer konsequentere Kreislaufwirtschaft, bei der möglichst viele Werkstoffe vollständig recycelt werden können“, so Mücklich. Dafür sei allerdings auch ein Umdenken im Produktdesign erforderlich: „Je weniger chemische Beschichtungen wir einsetzen und dadurch in Zukunft Materialien auch sortenreiner und sparsamer verbauen, desto einfacher lassen sie sich auch wieder demontieren und in einem Kreislaufprozess wiederverwenden.“

Über Frank Mücklich

Professor Frank Mücklich leitet an der Universität des Saarlandes den Lehrstuhl für Funktionswerkstoffe und die Europäische Schule für Materialforschung (EUSMAT) und ist Gründungsdirektor des Material Engineering Center Saarland (MECS) sowie Sprecher der Deutschen Akademie der Technikwissenschaften (acatech) für die Materialforschung. Für seine Forschungen wurde er vielfach national und auch international ausgezeichnet. Zuletzt erhielt er 2023 von der Deutschen Gesellschaft für Materialkunde mit der Heyn-Denkmünze die höchste Auszeichnung für sein Lebenswerk. Der gebürtige Dresdner ist Mitbegründer von Surfunction, einem Unternehmen, das neuartige Oberflächen auf Basis der laserbasierten DLIP-Technologie anbietet. Besondere Aufmerksamkeit erlangten Projekte unter Weltraum-Bedingungen in Kooperation mit NASA und ESA. ESA-Astronaut Matthias Maurer, selbst erster Diplomand von Professor Frank Mücklich, hat diese Projekte mit anderen Astronauten auf der ISS-Raumstation betreut.

Quelle: Universität des Saarlandes