Industrielle Anwendung von Ultrakurzpulslasern für System- und Verfahrenstechnik

Seit einigen Jahren sind Ultrakurzpulslaser (UKP) für den industriellen Einsatz ein viel diskutiertes Thema. Das Interesse auf Anwenderseite ist groß, wie man auch beim aktuellen Fokus Seminar »Grundlagen und neue Entwicklungen in der Ultrakurzpulslaser-Technologie« in Aachen sehen konnte. Mit fast 200 Besuchern wurden die hohen Erwartungen für das Halbtagsseminar im Rahmen des 9. International Laser Technology Congress AKL’12 noch einmal übertroffen.

Die Strahlquellen sind nicht mehr limitierend

Lange Jahre galten die Strahlquellen als das limitierende Element beim industriellen Einsatz der UKP-Technologie. Dass sich das gravierend geändert hat, war eines der Ergebnisse des von Dr. Arnold Gillner (Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT) geleiteten Seminars. Einerseits liegt es daran, dass für den maximalen Materialabtrag bei UKP-Systemen offenbar eine optimale Pulsenergie existiert. Wie zwei Präsentationen zeigen konnten, liegt diese meist im µJ-Bereich, der mit den verfügbaren Systemen gut erreicht werden kann. Für eine Erhöhung der Abtragsleistung muss dann entsprechend die Repetitionsrate des Lasers erhöht werden.

Andererseits hat es in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte bei den Strahlquellen gegeben: Robuste Lasersysteme mit Pulsenergien im µJ-Bereich und Repetitionsraten bis in den Multi-Megahertzbereich wurden im Seminar präsentiert. Systeme mit Durchschnittsleistungen von 500 Watt sind als Produkt verfügbar, Kilowatt-Systeme befinden sich in der Entwicklung. Dabei gilt, dass die Mehrzahl der heute üblichen UKP-Systeme im Pikosekundenbereich operiert, während sich Femtosekun¬densysteme noch eher in der Erprobung befinden.

Höchste Anforderungen an die Scannertechnik

Der Schwerpunkt der Entwicklungsarbeit verschiebt sich inzwischen zur Maschinentechnik. So wurden im Seminar verschiedene Ansätze zur Bewältigung der enormen Anforderungen an die Scannertechnik diskutiert. Aufgrund der möglichst hohen Repetitionsrate ergeben sich rein rechnerisch Geschwindigkeiten von über 100 m/s für die Bewegung des Laserspots am Werkstück – bei einer Auflösung im Bereich weniger Mikrometer. Im Seminar wurden spezielle Polygonscanner gezeigt, die diese Parameter erreichen. Alternativ können auch akusto-optische Deflektoren verwendet werden, die allerdings nur ein relativ kleines Scanfeld abdecken.

UKP-Systeme in der Anwendung – Ergebnisse des BMBF Projekts PIKOFLAT
Im zweiten Teil des Seminars präsentierten verschiedene Partner des vom BMBF im Rahmen der Förderinitiative MABRILAS geförderten Projekts PIKOFLAT ihre Ergebnisse. Unter der Überschrift »System- und Verfahrenstechnik zur Großflächenstrukturierung mit Hochleistungs-Pikosekundenlasern« wurden verschiedene Innovationen vorgestellt, die zur Entwicklung einer neuen Walzengraviermaschine für die Druck- und Prägetechnik geführt haben. Dazu gehörten sowohl system- und maschinentechnische Lösungen als auch entsprechende Untersuchungen zur Prozessführung.
In einer festlichen Abendveranstaltung erhielten die Projektpartner unter Leitung von Dr. Stephan Büning (Schepers GmbH & Co. KG, Vreden) den renommierten Innovation Award Laser Technology für ihre herausragende Leistung.

Ausblick

Im Rahmen des PIKOFLAT Projekts sollte die System- und Verfahrenstechnik für ein industrielles System zur Großflächenstrukturierung mit Hochleistungs-Pikosekunden-lasern entwickelt werden. Dieses Ziel wurde in vollem Umfang erreicht und die Technologie wird nun im Rahmen neuer Projekte weiterentwickelt. Wesentlichen Anteil hieran hat die Projektförderung durch das BMBF im Rahmen der gerade gestarteten Förderinitiative »Ultrakurzpulslaser für die hochpräzise Bearbeitung«. Die Seminarteilnehmer waren sich dabei mit Blick auf die Resultate von PIKOFLAT einig, dass diese Art der Technologieförderung in thematischen Verbünden die besten Voraussetzungen für eine schnelle Überführung der noch neuen und grundlegenden UKP-Techniken in die industrielle Praxis bietet.

Das Fokus-Seminar »Grundlagen und neue Entwicklungen in der Ultrakurzpulslaser-Technologie« soll auch zukünftig im Umfeld des International Laser Technology Congress angesiedelt bleiben. In den ungeraden Jahren wird vom Fraunhofer ILT ein zweitägiger UKP-Workshop organisiert. Der 2. Ultrakurzpulslaser-Workshop findet vom 17. bis zum 18. April 2013 statt, eine Anmeldung ist auf der webseite www.ultrakurzpulslaser.de bereits möglich.

Ansprechpartner im Fraunhofer ILT
Für Fragen steht Ihnen unser Experte zur Verfügung:

Dr. Arnold Gillner
Telefon +49 241 8906-148
arnold.gillner@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Tel. +49 241 8906-0
Fax. +49 241 8906-121

Projektpartner PIKOFLAT

Edgeware GmbH
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Lumera Laser GmbH
Sauer Lasertech GmbH
Saueressig GmbH & Co. KG
Schepers GmbH & Co. KG