Das Fraunhofer ILT erschließt neue Wege zur ultrapräzisen Lasermaterialbearbeitung

Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT haben ein Verstärker-Konzept für Femtosekundenlaser (fs-Laser) weiterentwickelt. Dadurch ist es erstmals möglich, eine mittlere Leistung im Kilowatt-Bereich zu erzielen. Die kurzen Pulse der fs-Laser erlauben eine ultrapräzise Materialbearbeitung. Dank der hohen mittleren Leistung kann nun auch der Durchsatz in der Produktion signifikant gesteigert werden.

Während Laser mit kontinuierlicher Strahlung (cw) häufig im Bereich Schneiden und Schweißen zum Einsatz kommen, werden gepulste Laser meist zum Abtragen eingesetzt. Dabei gilt: je kürzer die Pulse, desto kleiner die Wärmeeindringtiefe, desto höher die Temperatur an der Materialoberfläche und desto höher die Präzision der Materialbearbeitung. Die kürzeren Pulse der fs-Laser erlauben eine größere Präzision beim Abtragen durch Verdampfen. Außerdem können Materialien bearbeitet werden, die sich sonst nur schlecht oder gar nicht mit dem Laser bearbeiten lassen.  

Dr. Peter Rußbüldt, Projektleiter am Fraunhofer ILT, hat nun zwei INNOSLAB-Verstärker hintereinander geschaltet. Die Verstärkerkette konnte so bei einer Pulsspitzenleistung von 80 MW und einer Pulsdauer von 600 Femtosekunden eine mittlere Leistung von 1,1 kW erbringen. Damit stellen die Aachener Forscher einen neuen Rekord auf. „Durch seine neue Leistung entfernt sich der fs-Laser vom Image des wissenschaftlich komplizierten Spielzeugs“, so Dr. Rußbüldt. „Mit der höheren Leistung steigt auch der Durchsatz in der Produktion. Somit kann der fs-Laser nun auch in Bereichen eingesetzt werden, in denen sein Durchsatz wirtschaftlich bislang nicht ausreichte.“ Typische Anwendungen des fs-Lasers im Makrobereich sind Fertigungsverfahren für Leichtbaukomponenten auf der Basis von Faserverbundwerkstoffen. Im Mikrobereich reichen die Anwendungen dieser neuen Strahlquelle vom Bohren von Düsen über die Werkzeugtechnik, die Solarzellentechnik bis hin zur Drucktechnik.

Auf der SPIE Photonics West (San Francisco, USA, 25. - 27. 01. 2011) zeigt das Fraunhofer ILT im German Pavillion North Hall auf Stand 4601 hochpräzise Montagetechniken für optische Komponenten und präsentiert weitere Entwicklungen von Wärmesenken von Hochleistungsdiodenlasern. In der begleitenden Konferenz LASE (22. - 27. 01. 2011) stellen Aachener Experten dem Fachpublikum den neuen Hochleistungslaser vor.

Kontakt: Axel Bauer, Fraunhofer ILT
axel.bauer@ilt.fraunhofer.de