Aufwendiges Reinigen war gestern: Filigrane Gravuren auf Außenflächen von Flugzeugen sollen sicherstellen, dass die Luftströmung glatt bleibt und so den Luftwiderstand des Flugzeugs gering hält. Dafür haben Ingenieure am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, an der Technischen Universität Dresden und bei Airbus ein Laser-Interferenzverfahren entwickelt, das strukturierte Oberflächen mit hohem Durchsatz erzeugt, welche die Oberflächenkontamination erschweren.

Der Effekt, der dabei zum Tragen kommt und der Natur entlehnt ist, heißt „Lotuseffekt“. Häufig kennt man ihn von Badarmaturen, Brillen oder Glasscheiben. Wasser und Schmutz perlen ab. Bisher wurde der Lotuseffekt meist durch spezielle Beschichtungen erreicht, die jedoch verschleißanfällig sind und den neuen EU-Umweltvorschriften teils nur noch bedingt genügen.

Das Fraunhofer IWS und die TU Dresden entwickelten nun ein Verfahren, welches diese Nachteile ausgleicht und auch den Hauptvorteil der bisherigen Beschichtungsverfahren, nämlich effizient große Flächen zu funktionalisieren, mit integriert. Die Rede ist von der DLIP-Methode. (DLIP steht für: Direct Laser Interference Patterning; gemeint ist etwa die direkte Interferenzmuster-Erzeugung durch Laser.) Die DLIP-Optiken teilen einen Laserstrahl in mehrere Teilstrahlen auf, die später zum Strukturieren auf der Materialoberfläche zusammengeführt werden. Somit lassen sich mit DLIP kontrolliert hoch präzise Lichtmuster produzieren. Die Muster im Material sind so filigran – das heißt, sie liegen im Nano- und Mikrometerbreich – dass auf dessen Oberfläche Wassertropfen nicht mehr anheften können, denn sie erhalten nicht genügend Oberflächenkontakt.

Mit DLIP  hergestellte Mikro- und Nanostrukturen sind darüber hinaus langzeitstabil und werfen keine Umweltprobleme auf. Je nachdem ob Titan, Polymere oder andere Werkstoffe zu strukturieren sind, kommen die DLIP-Optiken auf eine Fläche von fast einen Quadratmeter pro Minute. »Das ist ein Weltrekord«, sagt Prof. Andrés Lasagni, der bis 2017 den Grundstein für das Verfahren am Fraunhofer IWS legte und nun die Professur für „Laserbasierte Methoden der großflächigen Oberflächenstrukturierung“ an der TU Dresden Inne hat. Gemeinsam mit seinen IWS-Kollegen entwickelte Lasagni das weltweit größte DLIP-System, das aktuell an der TU Dresden aufgebaut ist.

Erfahren Sie mehr zum Lotus-Effekt auf Flugzeugen, der bei Airbus gerade im Flugbetrieb evaluiert wird, in der Presseinformation des Fraunhofer IWS.

Foto ©Fraunhofer IWS: Alfredo Aguilar, Wissenschaftler im Team Oberflächenfunktionalisierung am Fraunhofer IWS, bedient das weltweit größte 3D-DLIP-System, das seinen Standort an der TU Dresden hat.