26 Sep Kilowatt-Laser und ihr Potenzial für die industrielle UKP-Materialbearbeitung
Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT), Aachen, untersucht derzeit eine neue Ultrakurzpuls-Laserstrahlquelle (UKP) des Herstellers Trumpf, die für den industriellen Einsatz konzipiert wurde. Mit einer mittleren Leistung von 1 kW und einer Pulsenergie von 10 mJ soll diese Strahlquelle der Materialbearbeitung etwa in der Batterie- und Brennstoffzellenfertigung, im Werkzeugbau und der Halbleitertechnik neue Wege ebnen.
Hoher Durchsatz bei geringer Belastung
Die TruMicro-9000-Laserquelle zielt dank hoher Pulsenergie und einer Pulsdauer unterhalb von 900 fs auf ein breites Anwendungsspektrum: Die Kombination aus der Laserstrahl über fortschrittliche Multistrahlsysteme in bis zu 900 Teilstrahlen separieren, um den Durchsatz bei der Bearbeitung zu steigern. Auch die ultraschnelle Strahllenkung mithilfe von Polygonscannern, die auf Bearbeitungsflächen von 700 x 900 mm² Scangeschwindigkeiten von bis zu 1 km/s erreicht, wird derzeit am ILT untersucht.
Strahlqualität bestimmt die Präzision
Laut Dr. Dennis Haasler, Gruppenleiter Mikro- und Nanostrukturierung am Institut, steht mit der TruMicro 9000 erstmals eine UKP-Strahlquelle zur Verfügung, die „wie etablierte UKP-Industrielaser der 200-W-Klasse performt“, jedoch mit einer um ein Vielfaches höheren Leistung. Mit dieser Strahlquelle können Prozesse wie das selektive Abtragen von Materialien oder die Mikrostrukturierung von Oberflächen wesentlich schneller und effizienter werden. Dabei spielt die Strahlqualität (M2<1,3) eine entscheidende Rolle für die Bearbeitungsgenauigkeit.
Ein weiterer technischer Fortschritt liegt in der Nutzung erprobter Verstärkertechnologien, wie Steffen Rübling, Produktmanager für UKP-Laser bei Trumpf, erklärt: „Durch die Kombination von erprobten Technologiebausteinen in der Verstärkerkette ist es uns gelungen, sowohl die maximale Einzelpulsenergie als auch die resultierende mittlere Leistung deutlich zu steigern.“ Die Basis bildet hier eine Multipasszelle, die ursprünglich für Nanosekundenpulse im 3-kW-Segment entwickelt und nun auf die UKP-Technologie übertragen wurde.
TruMicro 9000: Der industrielle 1-kW-UKP- Laser steht in der User- Facility des Fraunhofer Clusters of Excellence Advanced Photon Sources CAPS am Fraunhofer ILT. Bild: Ralf Baumgarten/Fraunhofer ILT
Batterie-, Halbleiter- und Oberflächentechnik
Das Fraunhofer ILT will die neue Strahlquelle in Pilotanwendungen erproben. Neben der Batterie- und Brennstoffzellenfertigung umfasst dies auch Anwendungen in der Halbleiterproduktion, dem Werkzeugbau und der Mikrostrukturierung von Metalloberflächen. Hier wird das Team verschiedene Strahlführungs- und Prozessstrategien evaluieren, um die Produktivität zu steigern. Besondere Aufmerksamkeit gilt dabei der Frage, wie sich die hohe Leistung und Pulsenergie der Strahlquelle in konkrete industrielle Prozesse umsetzen lässt, ohne die Prozessqualität zu beeinträchtigen.
Diese Untersuchungen könnten langfristig den Weg für einen breiten industriellen Einsatz der UKP-Technologie ebnen, da die Produktivität bisheriger Systeme häufig nicht ausreichte, um bestehende Fertigungsprozesse wirtschaftlich zu ersetzen. Dank der hohen Leistung der TruMicro 9000 könnte sich dies nun ändern, insbesondere durch die Möglichkeit, chemische Verfahren in der Oberflächenbehandlung durch präzise Laserbearbeitung zu ersetzen. So trägt die Weiterentwicklung der UKP-Technologie nicht nur zur Effizienzsteigerung, sondern auch zur Nachhaltigkeit in der industriellen Produktion bei.
