Pressemitteilungen

Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) eingesetzte Expertenkommission zur Laserfusion hat heute ihr Memorandum an Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger übergeben. Das Memorandum beschreibt die Potenziale des Industrie- und Forschungsstandorts Deutschland mit Blick auf die Laserfusion und gibt Empfehlungen zur weiteren Erforschung und Umsetzung.

Seit zwei Millionen Jahren nutzen Menschen das Feuer. Seit über 100 Jahren leben Menschen im Schein des elektrischen Lichts. Licht ist Energie, Licht ist Wärme, Licht ist die Lebensgrundlage unserer Welt, wie wir sie kennen. Licht hat die Menschheit in entscheidenden Lebensbereichen verändert: Zum Beispiel in der Medizin, in der Kommunikation, in der Energieproduktion.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT entwickeln die Technik für Quantennetzwerke der Zukunft. Gefördert vom Land NRW, wird hier die Hardware eines Netzwerkknotens installiert, wie er auch beim Quanteninternetdemonstrator des QuTech in Delft zum Einsatz kommt. Die Hardware dient zunächst als Test- und Entwicklungsplattform. Damit wollen die Wissenschaftler*innen mit Partnern aus Industrie und Forschung vor Ort in Aachen neue Komponenten für die Vernetzung von Quantencomputern entwickeln. Zukünftig soll der Knoten in ein europäisches Quantennetzwerk eingebunden werden. Erste Ergebnisse werden auf der Messe »World of QUANTUM« Ende Juni in München präsentiert.

Warum steht im Sommer ein elektrisches Schneemobil auf der LASER World of PHOTONICS 2023? Diese Premiere der arktischen Art verdanken die Messebesucher*innen dem finnischen Fahrzeughersteller Aurora Powertrains Oy. Das Startup hat für die arktischen Temperaturen dieser Region kältefeste Batterien mit äußerst hoher Energiedichte entwickelt. Die dazu nötige maßgeschneiderte Fügetechnik stammt von den Laserschweiß-Fachleuten des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT aus Aachen.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT hat das sogenannte SMaC-Verfahren entwickelt, ein neues Beschichtungsverfahren, das Laserauftragschweißen und mechanische Bearbeitung kombiniert. Damit lassen sich hochfeste Beschichtungswerkstoffe schnell und effizient auftragen und simultan zerspanend bearbeiten. SMaC ermöglicht die Herstellung von Bauteilen mit verlängerter Lebensdauer und erweiterten Einsatzzyklen, was gerade in der Energiewirtschaft, der Mobilitätsbranche und der chemischen Industrie höchst interessant ist.

Zusammenarbeit zwischen TRUMPF, Fraunhofer ILT und DESY liefert bislang detailreichste Einblicke in Laserschweißprozesse dank Teilchenbeschleuniger // Fraunhofer-Experte Marc Hummel: »Wir konnten nun erstmals eindeutig nachweisen, dass sich beim Schweißen von Hochleistungselektronik durch den Einsatz von Lasern mit grüner Wellenlänge Rohstoffe einsparen lassen.«

Für eine erfolgreiche Elektrifizierung des mobilen Sektors sind leistungsfähige Batteriezellen eine entscheidende Voraussetzung. Nun haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen innovative laserbasierte Technologien für die Fertigung von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. Diese bieten deutlich kürzere Ladezeiten und längere Lebensdauer als auf herkömmliche Art und Weise hergestellte Lithium-Ionen-Akkus. Zudem wird durch die laserbasierte Trocknung die wasserbasierte Elektrodenbeschichtung in der Fertigung deutlich energieeffizienter. Das Fraunhofer ILT stellt die zukunftsweisenden Lasertechnologien für die Batteriezellfertigung auf der Hannover Messe 2023 auf dem Fraunhofer-Stand (Halle 16, Stand A12) anhand eines Demonstrators vor.

Am 26. und 27. April 2023 treffen sich Anwenderinnen und Anwender aus dem Bereich der Lasertechnik, der Optik- und Laserentwicklung, des Maschinen- und Anlagenbaus zum »7. UKP-Workshop – Ultrafast Laser Technology« in Aachen. Kernthemen sind neben den neuesten Entwicklungen der Ultrakurzpuls-Lasertechnologie auch Beiträge zu Zukunftsmärkten und Anwendungen aus der Mikroelektronik, der Batterie- und Wasserstofftechnik. Um diese Themen entsprechend bedienen zu können öffnet der UKP-Workshop erstmalig seine Türen für internationale Referenten mit entsprechender Branchenkenntnis, um von ihren Erfahrungen zu berichten.

Nach drei langen Online-Jahren traf sich die Branche auf dem 5. Lasersymposium Elektromobilität LSE des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT endlich wieder in Präsenz in Aachen. Rund 50 Interessierte folgten der Einladung zum Fraunhofer ILT. Referierende aus Forschung und Industrie berichteten über Fortschritte, Trends und Ideen, um die Elektromobilisierung weiter voranzutreiben. Highlights waren unter anderem der Vortrag eines finnischen Schneemobil-Herstellers, ein 32-strahliger 100 Kilowatt-Laser aus Israel und ein österreichischer KI-Experte.

Wetterberichte, Klimamodelle oder Raketenstarts – sie alle benötigen präzise Daten aus der Atmosphäre. LIDAR (LIght Detection And Ranging)-Systeme schießen Laserstrahlen in den Himmel. Aus dem rückgestreuten Licht lassen sich Wind- und Temperaturdaten berechnen – in einer Höhe von bis zu 100 km. Ein Team vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und dem Leibniz-Institut für Atmosphärenphysik IAP hat ein portables LIDAR-System entwickelt, das autonom arbeitet. In Zukunft sollen solche Systeme in Serie gefertigt werden, um als Netzwerk Klimadaten in einer neuen Qualität zu liefern.

Ministerin Neubaur: Schlüsseltechnologie für die grüne Transformation und Signal für zukunftsfeste Arbeitsplätze.
Nordrhein-Westfalen ist ein führender Standort bei der Erforschung und Weiterentwicklung der Quantentechnologie und des Quantencomputings.

Das Forschungsprojekt IDEEL soll ein Lasertrocknungsverfahren zur klimafreundlicheren und wirtschaftlicheren Serienproduktion von Lithium-Ionen-Batterien auf den Weg bringen. In diesem Zusammenhang ist es jetzt erstmals gelungen, lasergetrocknete Anoden und LFP-Kathoden im Rolle-zu-Rolle-Verfahren herzustellen. Der innovative Fertigungsprozess senkt den Energieverbrauch in der Elektrodenfertigung signifikant und ermöglicht zugleich eine Verdopplung der Trocknungsgeschwindigkeit.

Das EU-Infrastrukturprojekt NextGenBat hat ambitionierte Ziele: Die Performance von mobilen Energiespeichern wie Batterien soll mit neuen Materialien und laserbasierten Herstellungsverfahren enorm gesteigert werden. Zum Einsatz kommt dabei ein Ansatz zur Parallelisierung von Laserbearbeitungsprozessen. Mittels einer Spezialoptik werden bis zu einige Hundert Teilstrahlen erzeugt, die dann für eine signifikante Steigerung der Produktivität durch Parallelbearbeitung genutzt werden können. Doch nur eine Handvoll Spezialfirmen wie Pulsar Photonics beherrscht diese Technologie.

Lassen sich auch anspruchsvolle Metallbauteile in Serie produktiv und reproduzierbar 3D-drucken? Forschende aus Aachen bejahen diese Frage: Sie transferierten am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT das zweidimensionale Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftragschweißen EHLA auf eine modifizierte 5-Achs CNC-Anlage für die additive Fertigung von komplexen Bauteilen. Mit Erweiterung des EHLA-Verfahrens auf die dritte Dimension lassen sich unter anderem schwer schweißbare Werkstoffe wie Werkzeugstähle, Titan, Aluminium und Nickelbasislegierungen 3D-drucken.

Die Bilanz des englischsprachigen Expertentreffens des Aachener Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT kann sich sehen lassen. Wieder trafen sich über 70 Fachleute aus der ganzen Welt im Oktober 2022 auf der »5th Conference on Laser Polishing LaP«, um virtuell über den neuesten Stand bei laserbasierten Alternativen zum letzten Schliff u. a. von Bauteilen aus Glas, Metall und Kunststoff zu diskutieren. Im Mittelpunkt standen das Laserentgraten und Laserpolieren sowie verwandte Themen wie Messtechnik und Prozesskontrolle.

Der »UKP-Workshop« präsentiert alle zwei Jahre den aktuellen Stand dieser innovativen Lasertechnik. Am 26. und 27. April 2023 ist es wieder so weit, dann trifft sich die Ultrakurzpulslaser-Community in Aachen. Neben dem Stand bei den kW-Strahlquellen werden die Themen Prozessentwicklung und Zukunftsmärkte für die Lasermaterialbearbeitung im Fokus stehen. Zwei Tage werden sich die Expertinnen und Experten aus Forschung und Industrie austauschen – endlich wieder im persönlichen Kontakt.

Laser haben einen Mini-Stern auf der Erde gezündet und damit den Grundstein für eine saubere Energiequelle der Zukunft gelegt: Ein historischer Durchbruch in der Trägheitseinschluss-Fusionsforschung an der National Ignition Facility im Lawrence Livermore National Lab und ein entscheidender Moment für die Photonik! Eine der vielversprechendsten Anwendungen der Lasertechnologie, die Realisierung der lasergetriebenen Fusion, hat einen historischen Durchbruch erzielt. Wie das Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL, Kalifornien, USA) in seiner Pressemitteilung vom 13. Dezember 2022 bekannt gab, konnten amerikanische Wissenschaftler an der National Ignition Facility (NIF) eine Fusionsenergie von 3,15 Megajoule (MJ) aus einem mit den Wasserstoffisotopen Deuterium und Tritium gefüllten Pellet freisetzen. Dies entspricht 154 Prozent der verbrauchten Energie von 2,05 MJ des Laserpulses, der die Explosion ausgelöst hat. Dieser Netto-Energiegewinn stellt den ersten international lang erwarteten Durchbruch in der Fusionsforschung dar. Für die High Energy Density Physics Mission des US-Energieministeriums bedeuten diese jüngsten FuE-Ergebnisse einen beispiellosen Aufwind. Sie schaffen die physikalische Grundlage für die Erzeugung einer effizienten, mit der Sonne vergleichbaren Energiequelle, die langfristig eine sinnvolle Ergänzung zu erneuerbaren Energien darstellt.

Um die in Deutschland vorhandene mikroelektronische Forschung und Entwicklung in Bezug auf Quanten- und neuromorphes Computing zu bündeln und auszubauen, startete die FMD mit vier weiteren Fraunhofer-Instituten, dem Forschungszentrum Jülich und der AMO GmbH am 1. Dezember 2022 ein gemeinsames Vorhaben: Die »Forschungsfabrik Mikroelektronik Deutschland – Modul Quanten- und neuromorphes Computing«. Der dafür benötigte gerätetechnische und strukturelle Aufbau wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert.

Das neue Jahr fängt gut an – für Produktionsfachleute im Bereich Elektromobilität in Aachen am 24. und 25. Januar 2023. An diesen Tagen veranstaltet das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT erneut das »LSE – Lasersymposium Elektromobilität«, diesmal erstmals seit vier Jahren wieder in Präsenz. Auch bei Nummer 5 erfahren Teilnehmende, wie mit neuer Lasertechnologie die Trendwende zur Großserienproduktion von E-Fahrzeugen prozesssicher, qualitativ hochwertig und bezahlbar gelingt – mit neuem, inspirierendem Input aus Finnland, Großbritannien und Österreich.

Gemeinsam mit den Partnern des Projekts »Hohe Produktivität und Detailtreue in der additiven Fertigung durch Kombination von UV-Polymerisation und Mehrphotonenpolymerisation – HoPro-3D«, entwickelte das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT eine neuartige Anlage zur Herstellung hochaufgelöster Mikrobauteile durch Fotovernetzung. Polymere Mikrostrukturen lassen sich so wirtschaftlich und kundenspezifisch in einer Maschine herstellen.

Neue Freiheiten eröffnen sich in der Lasermaterialbearbeitung: Mit einem Flüssigkristall-Modulator lässt sich das Strahlprofil eines Lasers zeitlich hochaufgelöst frei programmieren. Der Strahl kann auch in identische Kopien aufgeteilt werden. Zusammen mit einer Inline-Prozessüberwachung und einer intelligenten Steuerung wird eine Null-Fehler-Produktion möglich. Details werden im EU-Projekt METAMORPHA erforscht. Das Modul wird in drei Anwendungen zusammen mit großen Industriepartnern erprobt. 30 Prozent Energieeinsparung gegenüber herkömmlichen Verfahren sind dabei das angepeilte Mindestziel.

Seit September 2022 bündeln die inno-train Diagnostik GmbH, die Medizinischen Hochschule Hannover (MHH), das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und die LPKF Laser & Electronics AG ihr Know-how in einem gemeinsamen Forschungsprojekt zur Prävention und Versorgung epidemisch auftretender Infektionen.

Mit einem ehrgeizigen Ziel starteten Partner aus der Industrie gemeinsam mit Forschenden der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT und für Produktionstechnologie IPT sowie der RWTH Aachen University vor drei Jahren das BMBF-Verbundprojekt »IDEA – Industrialisierung von Digitalem Engineering und Additiver Fertigung«. Sie bauten zwei automatisierte, additive Produktionslinien für den metallischen 3D-Druck mit Vorbildcharakter auf, um hochperformante High-End-Komponenten wie zum Beispiel für Gasturbinen zu fertigen. Mit Erfolg: In Berlin und Georgensgmünd entstehen seit Kurzem per 3D-Druck Bauteile aus Metall, die zeigen, wie nicht nur Großkonzernen, sondern auch KMUs die additive Serienfertigung von individualisierten Komponenten in mittleren Losgrößen wirtschaftlich gelingt. Eine wichtige Rolle spielen dabei das Laser Power Bed Fusion (LPBF) Verfahren des Fraunhofer ILT sowie das Digitale Engineering entlang der Produktentwicklungskette zur Optimierung der Bauteile.

Die dritte Ausgabe des Laserkolloquiums Wasserstoff LKH₂ lockte 70 Produktionsfachleute mit einem besonderen Special nach Aachen. Nach zwei virtuellen Treffen fand das 3. LKH₂ erstmals als Präsenzveranstaltung statt, die das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT daher zu Vorführungen im neuen Wasserstofflabor nutzte, das die gesamte Prozesskette abbildet. Die LKH₂-Gäste erfuhren auf dem zweitägigen Insidertreff der Wasserstoff-Community auch, wie die Aachener mit ihren Forschungsaktivitäten den »H2GO – Nationalen Aktionsplan Brennstoffzellenproduktion« beflügeln wollen.

Die Covid-Pandemie hat neben vielen Herausforderungen auch einen Innovationsschub in der Diagnostik mit sich gebracht. Innerhalb kürzester Zeit mussten zuverlässige Nachweismethoden entwickelt, unzählige Labore ausgerüstet und mehrere hunderttausend Tests pro Woche durchgeführt werden. Im Zuge dessen hat ein Team des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen eine neue Ausleseeinheit für paramagnetische Partikel in einem Mikrofluidiksystem entwickelt. Die Besonderheit liegt dabei in der Art der Partikel: Es sind Mikropartikel verschiedener Größe und unterschiedlichen Fluoreszenzen, die nach Bedarf mit verschiedenen Fängermolekülen (Antigene oder Antikörper) »beladen« werden, so dass bis zu 24 Analyte gleichzeitig erfasst werden können.

Auch kleine und mittlere Unternehmen (KMU) können sich Laser leisten, doch gerade bei häufig wechselnden Anwendungen fehlen oft die Kapazität und das Know-how für optimales Feintuning. Auf Lasermaschinen mit Grips setzt das BMBF-Verbundprojekt DIPOOL, in dem vier Industrieunternehmen und zwei Forschungsinstitute gemeinsam zwei Demonstratoren für das Laserschneiden und das Laserschweißen entwickeln. Welche Rolle dabei KI und minimalinvasive Modulationstechnik spielen, erfuhr Technikreporter Nikolaus Fecht von Dr. Dirk Petring vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT aus Aachen.

Die Dekarbonisierung der Gesellschaft gilt als unerlässliche Tatsache. Fossile Brennstoffe werden durch erneuerbare Energien ersetzt. Von entscheidender Bedeutung für diesen Übergang ist der Einsatz von wiederaufladbaren Batterien. Da diese kritische Rohstoffe enthalten, besteht die dringende Notwendigkeit eines nachhaltigen Recyclings. Dies ist jedoch bisher in großem Maßstab nicht möglich. Das ACROBAT-Konsortium - ein Zusammenschluss von Forschungsinstituten und führenden Unternehmen - konzentriert sich auf das Recycling von Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP-Batterien). Ziel der Zusammenarbeit ist, bis 2030 mehr als 90 Prozent der in Batterien enthaltenen kritischen Rohstoffe zu recyceln. Sowohl aus ökologischer als auch aus wirtschaftlicher Sicht ist dies enorm wichtig.

Mikro-elektromechanische Systeme (MEMS) haben sich als Sensoren milliardenfach u. a. in smarten Autos, Handys und Mini-Insulinpumpen bewährt: Damit diese MEMS künftig noch leistungsfähiger werden, haben Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT aus Aachen in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer ISIT und IST ein CMOS kompatibles Beschichtungs- und Laserkristallisationsverfahren entwickelt. Im Gegensatz zu sonst üblichen Verfahren entfallen hierbei Drähte und Lötstellen, was perspektivisch die Bauteilgröße deutlich senken und die Sensorleistung erhöhen kann.

Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen kooperiert seit Jahren mit dem Korea Institute of Machinery and Materials KIMM, zum Beispiel in Projekten zum Laserschweißen oder zur Mikromaterialbearbeitung. Mit der Unterzeichnung eines Memorandum of Understanding wird diese Zusammenarbeit jetzt noch effektiver. In Zukunft wollen die Partner unter anderem an umweltfreundlichen Fertigungsverfahren für die Elektromobilität und neuen Speichertechnologien arbeiten.

Gemeinsam mit Hamamatsu hat das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen ein Labor für die Prozessentwicklung zur Lasermaterialbearbeitung mittels ultrakurz gepulster Laserstrahlung aufgebaut. Dort wurde gemeinschaftlich ein industrieller Bearbeitungskopf entwickelt, der Lasermaterialbearbeitung mit maßgeschneiderter, dynamischer Strahlformung und großen mittleren Leistungen für unterschiedlichste Anwendungsbereiche ermöglicht. Der neue Spatial Light Modulator von Hamamatsu kann dabei Laserleistungen bis 150 Watt dauerhaft umsetzen.