Antibakterielle Oberflächen per Laser

Mit Hilfe von ultrakurzen Laserpulsen  können die Oberflächen von Materialien bereits in der Fertigung mit antibakterieller Wirkung versehen werden. Das ist das Ergebnis des dreijährigen EU-Forschungsprojekts TresClean, an dem das Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart als Partner beteiligt war. Das Projekt wurde nun erfolgreich abgeschlossen. Neben den Universitäten Stuttgart und Parma waren fünf weitere europäische Forschungseinrichtungen und Industriepartner mit von der Partie. Die Aufgabe der Universität Stuttgart in diesem Forschungsverbund bestand in der Produktivitätsskalierung der Strukturierung der Oberflächen mittels Laser, um diese in die industriellen Herstellungsverfahren der entsprechenden Bauteile einzubinden.

Das Vorgehen

Ablagerungen in Abfüllanlagen der Lebensmittelindustrie oder in technischen Komponenten beispielsweise von Hausgeräten wie Wasch- oder Spülmaschinen verursachen Störungen, Schäden, verkürzen Produktlebenszeiten oder haben sogar gesundheitliche Folgen. Mit der Strukturierung von Oberflächen im sub-µm- Bereich können die Materialien so gestaltet werden, dass sie flüssigkeitsabweisend sind und Bakterien hindern, sich festzusetzen. Dazu erzeugen Laser eine feine Struktur im sub-µm-Bereich auf der Materialoberfläche aus Kunststoff oder Metall, die das Wachstum der meist etwa 0,5 bis 1 μm im Durchmesser zählenden Bakterien hemmt. Als beste Techniken für diese antibakterielle Texturierung wurden für diese Anwendungen die Verfahren LIPSS (Laser Induced periodic Surface Structures) und DLIP (Direct Laser Interference Patterning) ausgemacht, die das Bakterienwachstums um mehr als 90 Prozent reduzieren. Die Oberflächen sind außerdem besser zu reinigen.

Das Institut für Strahlwerkzeuge beschäftigte sich in dem Projekt mit dem Produktionsverfahren solcher antibakteriell und flüssigkeitsabweisender Materialien für die Bauteile. Volkher Onuseit, Leiter Systemtechnik am IFSW, erklärt: „Unser Part war es, die Technologien für eine produktive Oberflächentexturierung im industriellen Umfeld zu entwickeln.“ Onuseit weiter: „Anfänglich dauerte die Texturierung eines Quadratmeters Fläche nahezu eine Woche, inzwischen weniger als eine Viertelstunde. Wir erwarten, dass sich die Geschwindigkeit weiter erhöhen wird.“ Dafür wurden am IFSW Hochleistungslaser und Bearbeitungsoptiken entwickelt, die sub-µm große Oberflächenstrukturen mit einer Flächenrate von 4,5 m²/h erzeugen können.

Die Ergebnisse

Laboruntersuchungen zur Beurteilung der Sauberkeit und Hygiene von Metall- und Kunststoffteilen die mit den TresClean-Produktionsverfahren texturiert wurden, belegen die antibakterielle Wirkung der texturierten Oberflächen im Vergleich zu nicht texturierten Teilen. Die Verfahren haben industrielle Anwendungsreife und sind unmittelbar einsetzbar.

Zum Projekt

Das TresClean-Projekt startete 2017. Es wurde von der Europäischen Union im Rahmen des bislang größten Forschungs- und Innovationsprogramms "Horizont 2020", finanziert. Partner in dem europäischen Konsortium TresClean waren:
- Universität Stuttgart (Deutschland)
- Universität Parma (Italien)
- Technologiezentrum ALPhANOV (Frankreich)
- Raylase GmbH (Deutschland)
- Ecor International (Italien)
- BSH Electodomesticos (Spanien)
- Modus Research and Innovation Ltd (UK)

Weitere Informationen
www.tresclean.eu
https://www.youtube.com/channel/UCZurypCWXg03EPQumEDpSzg