Deutscher Zukunftspreis für superkurze Lichtblitze in der Produktion

Weil sie mit ultrakurzen Laserpulsen völlig neue Perspektiven in der industriellen Fertigung erschlossen haben, sind Mitarbeiter von Bosch, Trumpf und der Universität Jena am 4. Dezember mit dem Deutschen Zukunftspreis 2013 ausgezeichnet worden.

Bundespräsident Joachim Gauck überreichte den mit 250.000 Euro dotierten Preis in Berlin im Rahmen einer festlichen Veranstaltung an Dr. Jens König (Robert Bosch GmbH), Dr. Dirk Sutter (TRUMPF Laser GmbH + Co. KG) und Prof. Dr. Stefan Nolte (Friedrich-Schiller Universität Jena/Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF Jena).

Ihr Projekt „Ultrakurzpulslaser für die industrielle Massenfertigung – Produzieren mit Lichtblitzen“ konnte sich in der Finalrunde gegen zwei weitere herausragende Projekte aus dem Bereich der Photonik durchsetzen. Die Grundlage für diesen Erfolg wurde durch die Projektförderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) geschaffen.

Dem Forscherteam ist es mit seinen Arbeiten gelungen, Ultrakurzpulslaser fit für den Einsatz in der Industrie zu machen. Sie ebneten damit den Weg für eine hochpräzise Herstellung winziger Strukturen – und zur industriellen Fertigung neuartiger Produkte.

Laser der Extreme

Das Besondere am Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser): Er ist ein Laser der Extreme. Höchste Pulsintensitäten bei kürzesten Pulsdauern von nur wenigen Pikosekunden sind die Merkmale dieser neuen Lasergeneration. Eine Pikosekunde ist die unglaublich kurze Zeitspanne von 0,000 000 000 001 Sekunden. Zum Vergleich: In drei Pikosekunden legt das Licht gerade mal einen Millimeter zurück. Und da geht noch mehr: Zurzeit dringen kommerzielle UKP-Laser schon in die nächstkleinere Einheit, in den Femtosekundenbereich, hinein.

Bei den Ultrakurzpulslasern wird der Laserstrahl äußerst präzise auf einen sehr kleinen Bereich konzentriert. Durch die enorm kurzen Pulsdauern wird nur dieser Bereich bei rund 6.000 Grad Celsius direkt verdampft, und der umliegende Bereich wird nicht erhitzt.

Die Wärme-Einflusszone reicht nur etwa einen Tausendstel Millimeter in den Werkstoff. Das Material in der Umgebung ermüdet nicht und wird auch nicht spröde. Fachleute sagen daher, UKP-Laser sind minimalinvasiv. So kann man beispielsweise trotz der hoch konzentrierten Energie des Lasers selbst auf einem Streichholzkopf feinste Strukturen herstellen, ohne diesen zu entflammen.

Universalwerkzeug Ultrakurzpulslaser: Erfolg aus BMBF-Projektförderung

Dies alles eröffnet vollkommen neue Möglichkeiten zur berührungslosen Bearbeitung fast aller Materialien: Ob beim Schneiden dünner, kratzfester Displaygläser oder dem Vereinzeln von Halbleiterchips auf immer dünneren Wafern – UKP-Laser sind aus der Smartphone-Fertigung heute kaum noch wegzudenken. Gleiches gilt für die Medizintechnik: Ultrakurze Laserpulse ermöglichen hochpräzise geschnittene Gefäßimplantate – sogenannte Stents – die besser verträglich sind und die Blutgefäße länger als bisher offen halten.

Im Automobilbau sorgen die lasergebohrten, extrem feinen Düsen von Benzin-Direkteinspritzventilen dafür, dass moderne Motoren immer sparsamer werden und strengere Abgasnormen erfüllen. Und das sind nur einige Beispiele für die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten ultrakurzer Laserpulse. Allein die Firma Bosch hat nach eigenen Angaben bereits rund 30 Millionen Bauteile mittels Ultrakurzpulslaser hergestellt.

Anliegen des Deutschen Zukunftspreises ist es, Arbeiten auszuzeichnen, die aus Ideen Erfolge machen. Der in diesem Jahr ausgezeichnete Erfolg wurde möglich durch die langjährige enge Zusammenarbeit eines Unternehmens der Lasertechnik mit einem Forschungsinstitut und einem Anwender der Technologie. Denn nur so konnte das Henne-Ei-Problem gelöst werden: Ohne industrietaugliche Laserquelle kein Einsatz in der Serienfertigung und ohne entsprechende Verkaufsperspektiven keine industrietaugliche Laserquelle.

Dank der konsequenten und nachhaltigen Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung auf dem Gebiet der Photonik sind heute die enormen Vorteile der hochpräzise und minimalinvasiv abtragenden Ultrakurzpulslaser für die Industrie nutzbar. Die Grundlagen für die erfolgreiche Zusammenarbeit des Siegerteams wurden von 2000 bis 2008 in den Verbundprojekten PRIMUS und PROMPTUS gelegt: Über einen Zeitraum von acht Jahren förderte das BMBF die beiden Projekte mit rund 16 Millionen Euro. Mit der Projektträgerschaft hatte das BMBF die VDI Technologiezentrum GmbH beauftragt. Im Anschluss an die Verbundprojekte wurde das Verfahren von den Partnern bis zur Serienreife entwickelt. Hier gilt: Forschung und Innovation brauchen einen langen Atem.

Mit seiner Projektförderung unterstützt das BMBF solche nachhaltigen Kooperationen unterschiedlicher Akteure auf allen Ebenen – von der Grundlagenforschung bis hin zur Anwendung. In der Folge hat Deutschland auf dem Gebiet der Ultrakurzpulstechnologie heute eine weltweit führende Position inne. Die erfolgreiche Innovationspolitik Deutschlands, die gerade solche Kooperationen fördert, ist weltweit anerkannt.