Laser sind zu einem festen Bestandteil des täglichen Lebens geworden, von Laserpointern über lasergravierte iPhones bis hin zu massenproduzierten Artikeln in allen Formen, Größen und Materialien. Die Leistung von Lasern hat sich um ein Vielfaches gesteigert und sie verfügen nun über genügend Energie, um dicken Stahl zu schneiden und zu schweißen, wie er z.B. in der Schwerindustrie verwendet wird.
Für die Laserfertigung mit ultra kurz gepulsten Lasern eröffnen sich neue Möglichkeiten. Diese Laser liefern nicht einen konstanten Strahl, der enorme Mengen an schwer zu kontrollierender Wärme erzeugt, sondern sehr kurze Lichtimpulse mit extrem hoher Leistung, was eine viel bessere Kontrolle des Prozesses und weniger Wärme bedeutet. Die Impulse sind so kurz, dass ihre Dauer in Femtosekunden gemessen wird (das Verhältnis von einer Femtosekunde zu einer Sekunde ist wie das Verhältnis einer Sekunde zu etwa 32 Millionen Jahren).
Europa ist weltweit führend in der Laser- und Photonik-Technologie. Diese Führungsrolle ist so wichtig, dass das europäische Forschungsrahmenprogramm Horizon 2020 und das Photonics Public Private Partnership, Photonics 21, eine neue Forschungskooperation initiiert haben, um die nächsten Schritte bei der Entwicklung der leistungsfähigsten ultrakurz gepulsten Laser für die Fertigung zu unternehmen.
Das Projekt mit dem Namen PULSE, das am 22. Januar im Chrysler Fiat Research Centre in Turin mit einem Kick-Off-Treffen gestartet wurde, besteht aus einem Konsortium herausragender industrieller und akademischer Forschungspartner aus ganz Europa. Ziel ist es, ein komplettes Lasersystem mit einer durchschnittlichen Leistung von 2,5 kW und einer Pulsleistung von 100 MW in einem einzigen Impuls zu entwickeln, der ausreicht, um den härtesten Borstahl im Automobilbau zu schneiden, kombiniert mit der Verfeinerung von Gravuren für Fahrzeugteile mit unvorstellbaren Geschwindigkeiten und mit Mikrometergenauigkeit sowie dem Mikroschweißen von ungleichen Metallen für Solarthermieabsorber.
Mit dieser enormen Leistung ist der Laser selbst nur ein Teil des Ganzen. Neue Lösungen für die Handhabung solcher leistungsstarken Strahlen werden entwickelt, wobei das Konsortium bereits demonstriert hat, den Laser mit einer Geschwindigkeit von mehr als 5.000 km pro Stunde über eine Materialoberfläche abzulenken und präzise auszurichten.
Innerhalb von 3 Jahren soll eine beispiellose Geschwindigkeit in der Materialbearbeitung mit minimaler Wärmeeinwirkung erreicht werden, indem die Partner ein hoch automatisiertes System mit speziellen Programmen und schnellen Computern einsetzen, um wettbewerbsfähige, digital integrierte Design- und Produktionsabläufe zu ermöglichen. Die Ergebnisse werden Fertigungsprozesse wie den Fahrzeugbau, das Zusammenschweißen verschiedener Metalle für Wärmetauscher und die Herstellung von Teilen und Werkzeugen für eine große Anzahl von Anwendungen grundlegend verändern.
Die Fertigungsindustrie ist bestrebt, die lasergestützte Produktion anzupassen und Systeme einzusetzen, die Hochpräzision unterstützen, eine schnelle und flexible Bewegung ermöglichen und gleichzeitig kostengünstig und ressourceneffizient sind. Die erwarteten Verbesserungen der Fertigungsqualität und Prozesseffizienz beim Lasergravieren und Laserschneiden werden vielfältige Anwendungen von der Elektronik und Medizintechnik über Textilien bis hin zu Automobilen und Konsumgütern finden.
In dem Projekt PULSE ist das Laserinstitut Hochschule Mittweida für alle Fragen der Strahlführung zuständig. Im Laserinstitut wird das Laserscan-System entwickelt, das notwendig ist, um das Hochgeschwindigkeitspotenzial der entwickelten Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Laser auszuschöpfen. Der Scanner verwendet ein optisch verzerrungsfreies Doppelpolygon mit großer Apertur, was einerseits eine starke Fokussierung der Laserstrahlung und anderseits eine hohe Laserleistungsbelastung ermöglicht.
Prof. Dr.-Ing. André Streek, Professor für innovative Lasertechnologien an der Hochschule Mittweida, sagte: "Es ist sowohl eine große Chance als auch eine inspirierende Herausforderung für uns, unsere Hochgeschwindigkeits-Scantechnologie auf ein industrielles Niveau zu heben. Die Kombination aus Scanner und Kurzpulslasersystem in der Leistungsklasse von mehreren Kilowatt ist einzigartig und zeigt generell das hohe Niveau der Laserforschung in Europa. Der Einsatz dieser Technologien ermöglicht völlig neue Anwendungsgebiete für die Lasertechnik."
Konsortium
- 1 Tampere University (Finnland), Koordinator
- 2 Aston University (UK)
- 3 Ampliconyx OY (Finnland)
- 4 Lunovu GmbH (Deutschland)
- 5 Nanotypos (Griechenland)
- 6 Foundation for Research and Technology Hellas (Griechenland)
- 7 Prime Laser Technology (Griechenland)
- 8 Fiat Research Centre (Italien)
- 9 Modus Research and Innovation Limited (UK)
- 10 Mittweida University of Applied Sciences (Deutschland)
- 11 Co Onostampi SRL (Italien)
- 12 Ceram Optec SIA (Lettland)
Link zur Project Page
Förderung
Das Projekt hat ein Budget von mehr als 5 Millionen Euro über einen Zeitraum von 4 Jahren.
Das Projekt PULSE ist eine Initiative des Photonics Public Private Partnership
Dieses Projekt wird im Rahmen der Finanzhilfevereinbarung Nr. 824996 aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm der Europäischen Union Horizon 2020 finanziert.
Text: Modus Research and Innovation Limited (UK)
Foto: Creative Common