Industrie & Technik

Applikationsoffensive bei kW-Ultrakurzpulslasern

23.05.2019 - Fraunhofer-Cluster Advanced Photon Sources CAPS entwickelt Multi-Kilowatt-UKP-Laser.

Unter Fachleuten gelten die Ultra­kurzpuls­laser schon lange als Geheimtipp: Sie können beliebige Materi­alien bearbeiten und zeichnen sich durch höchste Präzision beim Abtrag aus. Allerdings ist die Leistung der Systeme auf dem Markt noch zu gering, um viele Anwen­dungen mit hohen Anfor­derungen an den Durchsatz zu bedienen.

Mit dem Fraunhofer Exzellenz-Cluster Advanced Photon Sources CAPS ist die Fraunhofer-Gesell­schaft angetreten, um dies nachhaltig zu ändern. „Wir wollen die Präzision des UKP-Lasers mit dem Flächen­durchsatz moderner Schneid- und Schweiß­laser kombinieren“, bringt Hans-Dieter Hoffmann vom Fraunhofer-Institut für Laser­technik ILT in Aachen die Strategie auf den Punkt.

Dafür wird zunächst die Entwicklung der Strahl­quellen voran­getrieben. Während die Forscher des Fraunhofer-ILT an Slab- und Scheiben­lasern arbeiten, stehen am Fraun­hofer-Institut für Angewandte Optik und Fein­mechanik IOF in Jena Faser­laser im Mittel­punkt. „Wir haben jetzt 3,5 kW erreicht und wollen das System noch in diesem Jahr auf 10 kW hoch­skalieren“, sagt dazu Prof. Jens Limpert vom Fraunhofer IOF. Limpert und Hoffmann leiten die Geschäfts­stelle des Clusters.
 
Aber die Strahlquellen­entwicklung ist nur ein erster Schritt. CAPS ist so angelegt, dass gleich­zeitig auch kompatible Prozess­technik und Anwendungen erforscht werden. Partner aus Wissen­schaft und Industrie sind eingeladen, sich daran zu beteiligen. Ihnen gegenüber tritt das Cluster als virtuelles Institut auf, in dem die Experten aus den 13 Fraunhofer-Instituten FEP, IAF, IIS, IKTS, IMWS, ISE, ISIT, ITWM, IWM, IWS, IZI sowie ILT und IOF ihre gebündelten Kompetenzen anbieten.

Derzeit werden in Aachen die Räume des ersten Applikations­labors für die Technologie­entwicklung mit Multi-kW-UKP-Lasern bezogen. Die offizielle Einweihung findet am 18. September 2019 zeitgleich mit der Eröffnung des Research Center Digital Photonic Production der RWTH Aachen statt. Das Appli­kations­labor in Jena wird im vierten Quartal 2019 eröffnet.

In den Applikations­laboren steht neben den Multi-kW-UKP-Strahl­quellen auch die gemeinsam entwickelte System­technik zur Verfügung. Damit werden Anwendungen in vier Zukunfts­feldern erforscht: Produktion, Bild­gebung, Materi­alien und Wissen­schaft. Das Ziel ist dabei, die verschie­denen Kompetenzen in den Bereichen Strahl­quellen, Prozess­technik und Applikation so zusammen­zubringen, dass am Ende wettbewerbs­fähige Konzepte entstehen, die auch in die Vision einer digitali­sierten Fabrik passen.

Die Vorteile der neuen UKP-Laser zeigen sich zum Beispiel bei der groß­flächigen Bearbeitung ultra­harter Materialien. So können Diamant-Komposit-Keramik­rohre für den Einsatz auf dem Meeresgrund mit dem Laser präzise und schnell bearbeitet werden. Andere Beispiele liegen im Bereich der Photo­voltaik oder der Batterie­herstellung, wo der UKP-Laser schnell und präzise bohren und struktu­rieren kann.

Neben den kW-Quellen im Infraroten wird sowohl in Aachen als auch in Jena Strahlung im EUV-Bereich erzeugt. Die User Facility in Jena ist darauf ausge­richtet, eine bisher beispiel­lose kohärente EUV-Leistung bereit­zustellen. Das ist vor allem im Zukunftsfeld Bildgebung interessant. Mit der kohärenten EUV-Strahlung lassen sich biologische oder Halbleiter-Strukturen im Nanometer­bereich abbilden. Damit werden zum Beispiel Defekte auf Litho­grafie­masken in der Chip­fertigung analysiert.
 
Die Experten der Fraunhofer-Gesell­schaft präsen­tieren auf der Laser-Messe in München vom 24. bis 27. Juni auf dem Fraunhofer-Gemeinschafts­stand 431 in Halle A2, wie sie in diesem Cluster Präzision und Geschwin­digkeit zusammenbringen. An einem Flugzeug­flügel des Industrie­partners Sonaca wird am Stand gezeigt, wie hohe Präzision und hohe Produk­tivität mit UKP-Lasern in der groß­flächigen Bearbeitung funktio­nieren. Als Eyecatcher wird zudem eine Multipass-Zelle zu sehen sein, mit deren Hilfe die Puls­dauern von Hoch­leistungs-UKP-Lasern effizient verkürzt werden können.

Fh.-ILT / od

Weitere Infos

 

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Deutschland

0241/8906-0
0241/8906-121

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