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UKP-Laser mit kW-Leistung: ultraschnell, ultrapräzise und digital

Lasertechnik für die Materialbearbeitung
UKP-Laser mit kW-Leistung: ultraschnell, ultrapräzise und digital

UKP-Laser (Ultrakurzpuls) versprechen eine Präzision bis in den Sub-Mikrometerbereich. Dank einer nichtlinearen Wechselwirkung können sie auch härteste Materialien bearbeiten. Im Fraunhofer-Cluster of Excellence Caps werden UKP-Laser mit kW-Leistung entwickelt.

Vom 21. bis 24. Juni 2021 fanden die Industry Days der Laser World of Photonics statt. Mit diesem Online-Event bot die Messe München, Veranstalter der weltweit wohl größten Messe für angewandte Lasertechnik und Photonik, ihrer Community ein hochwertiges Programm mit Marktübersichten, Trendanalysen und Podiumsdiskussionen. Die industrielle Lasertechnik heute und morgen bildete einen Schwerpunkt des Programms.

Photonikbranche erwartet 2021 starkes Wachstum

Die Laserbranche hat die Covid-19-Pandemie bis jetzt erstaunlich gut überstanden. Das zumindest sagen die Zahlen der Analysten auf den Industry Days: Der Markt für industrielle Laserquellen ist im Pandemiejahr 2020 gegenüber 2019 um 2 % auf 4,3 Mrd. US-Dollar gewachsen, stellte Dr. Arnold Mayer von Optech Consulting fest. Bei Systemen für die Lasermaterialbearbeitung sah er einen Rückgang von 2 %, für 2021 erwartet er aber einen Zuwachs von 12 % auf dann 19,5 Mrd. US-Dollar.

Jörg Mayer, Geschäftsführer des Industrieverbandes Spectaris, gab einen Einblick in die Entwicklung des etwas breiteren Photoniksektors. Etwa 1000 Firmen in Deutschland haben 2020 in diesem Bereich einen Umsatz von 40,6 Mrd. Euro erwirtschaftet. Das waren 0,1 % mehr als 2019. In einer zusätzlichen Umfrage wurde sichtbar, dass die Beschäftigung dabei um 0,5 % stieg. Laut dieser Umfrage werden 2021 9,4 % Wachstum erwartet, wobei Exporte sogar um 16 % steigen sollen.

Laserstrahl-Schweißverfahren vom Fraunhofer ILT für crash-sichere Zukunft

Die Photonik zeigt sich dabei als Schlüsseltechnologie für den Hightech-Standort Europa. Die deutsche Wirtschaft konnte sich hier durch jahrelange Investitionen in Forschung und Entwicklung eine Spitzenposition erarbeiten.

„Diese Pole-Position im Jahrhundert des Photons aufrecht zu erhalten, ist die wichtigste Aufgabe für Politik, Wirtschaft und Wissenschaft“, kommentiert Prof. Constantin Häfner, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT, den aktuellen Stand der Dinge. In diesem Zusammenhang wiesen die an der Podiumsdiskussion beteiligten Referenten auf die Bedeutung gut ausgebildeter Photonik-Nachwuchskräfte hin. Hier müsse Deutschland weiterhin gezielt investieren.

Der Laser – das Werkzeug der Zukunft

Die industrielle Lasertechnik ist heute durch steigende Stückzahlen und fallende Preise gekennzeichnet. Die Kommodifizierung schreitet fort, wie auch Dr. Christian Schmitz von Trumpf anmerkte. Dr. Markus Kogel-Hollacher von Precitec stellte seinem Vortrag eine dafür wichtige Frage voran: „What to do with all those photons?“

Hybrid-additive Fertigung mit dem Kuka-Roboter

Als kontaktfreies und abriebfreies Werkzeug stehen Laserstrahlen heute in verschiedenen Formen zur Verfügung. Gas-, Faser oder Diodenlaser haben sich in Anwendungen wie dem Automobilbau, der Halbleiterindustrie oder der Messtechnik etabliert. Ihre Leistung wächst mit den Anforderungen, Mess- und Prozesstechnik ebenso. Sie ermöglichen inzwischen den großtechnischen Einsatz von Lasern bis weit in den kW-Bereich.

Der Laser der Zukunft liefert ultrakurze Pulse mit kW-Leistung

Eine neue Qualität in der Lasermaterialbearbeitung wird mit dem erweiterten Einsatz ultrakurz gepulster Laser erwartet. Sie versprechen eine Präzision bis in den Sub-Mikrometerbereich, dank einer nichtlinearen Wechselwirkung können sie auch härteste Materialien bearbeiten. Dadurch sind sie unglaublich vielseitig in der Materialbearbeitung und somit das ultimative Werkzeug der digitalen photonischen Produktion.

Allerdings fehlte den UKP-Lasern bisher die erforderliche mittlere Leistung und industrielle Robustheit für Anwendungen mit hohem Durchsatz. Diesen technischen Engpass haben die im Rahmen des Fraunhofer-Exzellenz Clusters Advanced Photon Sources Caps entwickelten UKP-Laser überwunden – bis zu 10 kW mittlere Leistung wurden demonstriert.

Fraunhofer ILT: 100 Laser automatisch über die Cloud kontrollieren

Mit diesen Weltrekordleistungen wird eine massive Parallelisierung der Bearbeitung möglich. Die nötige Technik wird derzeit in zwei Applikationslaboren in Jena und Aachen an einer Vielzahl von Anwendungen erprobt.

Die moderne Produktion erfordert Flexibilität und Agilität und konzentriert sich daher auf den Prozess und weniger auf das Produkt. Digital Photonic Production ist der Enabler – sie schlägt die Brücke von der virtuellen Entwicklungsumgebung zur Produktionswelt.

Dabei konzentriert sich die Forschung zunehmend auf den effizienten Einsatz von maschinellem Lernen und KI, um die Prozessanpassung zu beschleunigen und die Time-to-Market zu verkürzen. Zukünftig werden sich Prozesse schneller an Kosten-, Regulierungs- oder Nachhaltigkeitstreiber anpassen müssen. „Der Wettbewerbsvorteil von morgen wird die effektive Nutzung digitaler Daten in Produktionsumgebungen sein“, beschreibt Häfner einen Trend, der auch die Lasertechnik verändert.

Projekt SeQuLas: Hochpräzises Laserschweißen von Kunststoffen

Die Laser World of Photonics Industry Days wurden von mehr als 1500 Teilnehmern besucht. Das Online-Event war eng verzahnt mit dem World of Photonics Congress, an dem etwa 2450 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler online teilnahmen. (bec)

Zum Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources Caps

Kontakt:
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
Tel.: +49 241 8906–0
E-Mail: info@ilt.fraunhofer.de
Website: www.ilt.fraunhofer.de

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