Mit extrem kurzen Laserpulsen können deutsche Forscher und Entwickler Bleche und Stähle kalt bearbeiten: Die energiereichen Pulse sind so kurz, dass sich die Wärme in den Bauteilen erst garnicht ausbreiten kann. Der Vorteil für die Materialbearbeitung: Es entsteht keine Schmelze, die Strukturen verformen sich nicht und es bilden sich keine Grate beim Abkühlen des Metalls. Unter dem Laserpuls gehen die Atome des Festkörpers direkt in die Gasphase über und werden von der Oberfläche weggerissen. ?Solche Ultrakurzpulslaser sind für uns der nächste Schritt in der Lasertechnik?, erklärt Peter Leibinger, Geschäftsführer des Maschinenbauers und Laserspezialisten Trumpf in Ditzingen bei Stuttgart.
In öffentlich geförderten Projekten hat Trumpf die Ultrakurzpulstechnik gemeinsam mit beispielsweise dem Automobilzulieferer Bosch entwickelt und industrietauglich gemacht. Das grundsätzlich Neue bei der Fertigungstechnik mit ultrakurzen Laserpulsen geklärt Leibinger folgendermaßen: Bei Pulsdauern von wenigen Nanosekunden (Milliardstel Sekunde) ist die Lichtwelle rund 30 Zentimeter lang. Das Material schmilzt auf und bildet unerwünschte Grate beim Wiedererstarren. Beim Schneiden filigraner Mikrostrukturen ist das unerwünscht.
Gehen die Forscher und Entwickler zu noch kürzeren Pulsen, etwa von einigen Pikosekunde (Billionstel Sekunde), so trifft auf das Material nur ein drei Millimeter kurzes Lichtscheibchen. ?Damit können wir das Material kalt bearbeiten?, sagt Leibinger. Die Energie wird so rasch auf der Festkörperoberfläche deponiert, sodass der langsamere Wärmetransportprozess erst garnicht in Gang kommen kann. Das Material sublimiert – geht direkt vom festen Zustand in die Gasphase über.
?Wir beginnen nun damit, industrietaugliche Ultrakurzpulslaser herzustellen?, sagt Leibinger. 50 Geräte zum Preis von 140.000 bis 200.000 Euro hat Trumpf bereits verkauft. Der Trumpf-Chef freut sich insbesondere darüber, dass diese Hightech-Produkte in Deutschland erforscht, entwickelt und nun auch gebaut werden.
Entwicklungspartner Bosch setzt die Ultrakurzpulslaser bereits in der Serienfertigung ein. Bei Einspritzdüsen graben die Laser feinste Kanäle in Dichtflächen, damit bei Drücken von 1800 bis 2000 bar keine Lecks entstehen. ?Das geschieht im Fertigungstakt von acht Sekunden, rund um die Uhr?, sagt Heinz Neubert, zuständig für Produktionstechnik in der Bosch-Forschung. Auch die Messgenauigkeit von Lambdasonden, einem weiteren Massenprodukt von Bosch, wird mit den kurzen Pulsen verbessert: Mit den Laserpulsen können bei der Herstellung der Sonde die Eigenschaften der verwendeten Keramiken besonders genau geeicht werden. Der Sensor funktioniert besser, die Schadstoffemissionen werden geringer, kommentiert Neubert.
Mit den Ultrakurzpulslasern können deutsche Unternehmen ihren internationalen Vorsprung in der Lasertechnik und bei den Fertigungsverfahren halten, ist sich Trumpf-Chef Leibinger sicher. In Zukunft sollen die Einsatzgebiete der kurzen Laserpulse noch weiter ausgebaut werden. Mit höheren Laserleistungen sollen auch Verbundwerkstoffe bearbeitet werden können. Das funktioniert zwar schon heute, dauert aber noch zu lange.
Martin Schäfer (unterstützt durch das Kompetenznetz Optische Technologien in Baden-Württemberg, Photonics BW)
