21. Februar 2013, 00:00
Sehr hohe Leistung, aber extrem kurze Wirkzeiten – mit dieser Kombination erschließen Ultrakurzpulslaser seit einigen Jahren völlig neue Anwendungsmöglichkeiten in Fertigung und Medizin. Die Weltleitmesse LASER World of PHOTONICS zeigt vom 13. bis 16. Mai 2013 auf dem Gelände der Messe München: Die Pulse werden immer kürzer, die Leistungen immer größer.
Was heute möglich ist, erfahren die Besucher auch auf dem wissenschaftlichen World of Photonics Congress, der parallel vom 12. bis 16. Mai 2013 im angrenzenden ICM – Internationales Congress Center München unter einem Dach sechs Konferenzen mit über 2500 Präsentationen ausrichtet.
Die Möglichkeiten der Laser faszinieren Anwender seit dessen Erfindung: extrem präzise, äußerst stark gebündelte Energie und für sehr filigrane Bearbeitungen geeignet. Das Problem: Die Hitze zerstört und schädigt Materialien und Gewebe in einem Maß, das nicht immer akzeptabel ist und begrenzte die Einsatzmöglichkeiten – bis die Ultrakurzpulslaser entwickelt wurden. Sie senden Pulse von nur einigen Pikosekunden oder weniger in das Material. So kann es beispielsweise abgetragen oder geschnitten werden, bevor dort Wärme entstehen und das Material beeinträchtigen kann.
„Die Produkte am Markt zumindest im Bereich der Pikosekundenlaser sind nun industrietauglich und bestehen den Einsatz in einer 3-Schicht-Fertigung“, erläutert Christof Siebert, Leiter Branchenmanagement Mikrobearbeitung bei Trumpf Laser- und Systemtechnik. Der Laser-Experte leitet als Chairman ein Application Panel zum Thema „Neueste Anwendungen von Kurzpulslasersystemen“. Die Session findet am 13. Mai von 14 bis 17 Uhr auf dem Forum in der Messehalle C2 statt.
Weiterentwicklungen des Ultrakurzpulslasers sind ein wichtiger Aspekt im Ausstellungsbereich “Laser und Lasersysteme für die Fertigung“ (Halle C1 und C2) und Diskussionsstoff auf der Konferenz „Lasers in Manufacturing 2013“ (LIM) unter dem Dach des World of Photonics Congress im ICM.
Immer kürzere Pulse und immer höhere Durchschnittsleistungen
Aktuell, so erklärt Siebert, „geht der Trend dahin, die Durchschnittsleistungen weiter zu erhöhen und damit die Produktivität und Wirtschaftlichkeit weiter zu optimieren. Die zweite Stoßrichtung sind industrietaugliche Laser mit immer kürzeren Pulsdauern, sodass das Materialspektrum in der kalten Bearbeitung auf noch sensiblere Materialien als bisher ausgedehnt werden kann.“
Für Dr. Arnold Gillner, Abteilungsleiter Abtragen und Fügen am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT) geht der Trend zu höheren mittleren Leistungen in den Bereich von 500 W. „Am Fraunhofer-ILT wurde prototypisch bereits ein 1 kW-Femtosekundenlaser demonstriert“, ergänzt Gillner, der mit Siebert gemeinsam das Panel zu den Ultrakurzpulslasern leitet. Für die Wissenschaftler steht die Frage im Vordergrund, „wie die hohen mittleren Leistungen der UKP-Laser auf das Werkstück gebracht und eine hohe Abtragsqualität erzielt werden kann.“ Das Fraunhofer-ILT stellt dazu zwei Ansätze auf der Messe vor: ein ultraschnelles Scansystem mit Strahlablenkgeschwindigkeiten größer 300 m/s sowie ein Multistrahl-Optiksystem zur Parallelisierung der Bearbeitung um mehr als zwei Größenordnungen.
Neben der technischen Machbarkeit spielen selbstverständlich die Kosten eine große Rolle bei den aktuellen Entwicklungen. So nennen Experten von Jenoptik als ein Ziel, mit höheren Leistungen und der damit einhergehenden größeren Produktivität die Investitionskosten von Femtosekundenlasern auszugleichen. In Sachen Leistungsstabilität liefern die Femtosekundenlaser inzwischen auch „im industriellen 24/7-Dauerbetrieb sehr gute Applikationsergebnisse“, wird betont. So steigerte Jenoptik beim Femtosekundenlaser D2.fs etwa die Pulswiederholrate dieses Scheibenlasers auf über 500 kHz und die Ausgangsleistung um 25 Prozent. Zudem rundet Jenoptik mit einer neuen Objektivreihe das Angebot an Vollquarz-Objektiven für hohe Laserleistungen ab.
Composite-Materialien werden getrennt, ohne zu delaminieren
Als Anwendungsfelder, auf denen Ultrakurzpulslaser ihre Stärken voll ausspielen können, nennt Dr. Gyu C. Cho, Executive Vice President des Ultrakurzpuls-Faserlaser-Pioniers IMRA etwa die Feinstbearbeitung von transparenten Materialien oder sehr harten, spröden Werkstoffen. Dr. Cho sieht durch diese Systeme auch völlig neue Möglichkeiten beim Schneiden von Composite-Werkstoffen, die mit klassischen Lasern oder anderen Methoden an den Kanten entweder verbrennen oder delaminieren. Für die diversen Anwendungen liefert IMRA Femtosekundenlaser mit bis zu 20 W mittlerer Leistung und 50 Mikrojoule Pulsenergie. Zu den ersten Branchen, die in großem Umfang von den Ultrakurzpulslasern profitieren werden, dürften laut Dr. Cho die Hersteller von Displays, die Halbleiter- und die Mikroelektronikindustrie zählen.
Dabei können die ultrakurzen Laserpulse bei Glas oder spröden Materialien durchaus unterschiedlich eingesetzt werden. Beispielsweise bei den immer dünner und immer härter werdenden Deckgläsern für Smartphones: „Pikosekundenlaser wie die TruMicro Serie 5000 eignen sich hervorragend zum Ausschneiden der Gläser. So lassen sich Mikrorisse vermeiden, wie sie mit Diamantsägen oder auch mit kontinuierlichen oder Langpulslasern entstehen würden.“, erklärt Trumpf-Experte Christof Siebert die Vorteile.
UKP-Einsatz auch in der Medizin auf dem Vormarsch
Große Vorzüge bietet die Technologie auch in Medizin und Medizintechnik. In der Medizin ist der „wichtigste Trend der Einsatz von Ultrakurzpulslasern in LRCS, der Laser refractive cataract surgery“, erklärt Dr. Matthias Schulze, Marketingdirektor von Coherent. Dies sei die am schnellsten wachsende Applikation für Laser in der Medizin in den letzten ein bis zwei Jahren. Hier erlaube die Technik ein „noch besseres Sehvermögen beim IOL (Intra ocular lens)-Tausch im Rahmen einer Katarakt-OP“, betont Schulze. Erreicht werde das zum Beispiel, da das Auge besser auf den Einsatz von „Premium IOLs“ vorbereitet wird, indem man durch gezielte Schnitte Astigmatismus korrigiert. Sein Ausblick für die Zukunft: „Kompakte Laser werden kompaktere Behandlungsstationen ermöglichen. Höhe Pulsraten werden die Operationszeiten noch weiter verkürzen.“
Anwender wissen oft zu wenig über den Nutzen der Technologie
Wie wichtig der Austausch zwischen Herstellern und Anwendern auf der Messe ist, zeigt eine Marktstudie, die das Münsteraner Technologieberatungsunternehmen LOTSE für die Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Rostock im Rahmen des Innovationsforums MIKROLAS erstellte. Ein Ergebnis: Die Ultrakurzpulslaser finden sich vor allem in wissenschaftlichen Laboren und Entwicklungsumgebungen. „Lediglich im Pikosekundenbereich gibt es derzeit nennenswerte Marktanwendungen“, berichtet LOTSE-Geschäftsführer Dr. Josef Gochermann.“ Ursache sei vor allem ein Informationsdefizit: „Potenzielle zukünftige Anwender von Ultrakurzpuls-Technologien wissen noch zu wenig über Einsatzmöglichkeiten und über den zu erwartenden Nutzen der Technologie für ihren speziellen Anwendungsfall“, resümiert Gochermann.
Wissensvorsprung bietet hier die Weltleitmesse LASER World of PHONTONICS und des World of Photonics Congress, die über alle Neuheiten und Einsatzmöglichkeiten des UKP unter einem Dach informieren.
Quelle:
Messe München; IFAT
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