Ultrakurzpuls-Laserbearbeitung

Überblick

Unser Leistungsangebot

Aufgrund der sehr kurzen Licht-Materie-Wechselwirkungszeiten und der hohen Intensitäten wird durch den Einsatz von ultrakurz gepulster (UKP) Laserstrahlung die präzise und nahezu materialunabhängige Lasermaterialbearbeitung bei vernachlässigbarem Wärmeeintrag in das Werkstück ermöglicht. So können auch schwer zu verarbeitenden Werkstoffen wie Carbide, Keramiken und Gläser hochpräzise bearbeitet werden.

Am Fraunhofer ILT werden UKP-Strahlquellen entwickelt, die anwendungsspezifisch optimierte Wellenlängen, Leistungen oder Pulsfrequenzen zur Verfügung stellen. UKP Laserstrahlung wird zum Strukturieren von Oberflächen, das Bohren und Schneiden von Präzisionsbauteilen oder dem selektiven Dünnschichtabtrag genutzt. Durch unterschiedliche Prozesse lassen sich hier beispielsweise präzise Bohrdurchmesser im Mikrometerbereich oder besonders hohe Bohrraten realisieren. Durch den geringen Wärmeeintrag, und die damit verbundene Vermeidung von Schmelzfilmen, können Strukturgrößen bis in den Sub-Mikrometerbereich realisiert werden. Zudem können Materialverbünde wie kohlefaserverstärkte Werkstoffe ohne Verschleiß des Werkzeugs und mit geringem Wärmeeintrag in das Matrixmaterial bearbeitet werden. Die Entwicklung von Hochleistungs-UKP-Llaser mit mittleren Leistungen bis in den Multi-Kilowatt-Bereich ermöglicht dabei die entwickelten Prozesse zu skalieren und dadurch die Bearbeitungsdauer signifikant zu reduzieren.

Das Leistungsangebot des Fraunhofer ILT umfasst Machbarkeitsstudien, experimentelle Untersuchungen, Simulationen, Entwicklung von Systemkomponenten, Validierung von Anlagenkonzepten bis hin zur Umsetzung von Maschinenkonzepten.

Chromatisch konfokale 3D-Aufnahme einer ps-veredelten Pyramidenstruktur.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Chromatisch konfokale 3D-Aufnahme einer ps-veredelten Pyramidenstruktur.
Multistrahlabtrag.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Multistrahlabtrag.
Unterschiedliche Geometrien hergestellt mittels selektivem laserinduzierten Ätzen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Unterschiedliche Geometrien hergestellt mittels selektivem laserinduzierten Ätzen.

Laserstrahlabtragen

  • Schmelzarme Ablation einer Vielzahl von Materialien (Metalle, Keramiken, Kunststoffe, Gläser, Verbundstoffe) mit hoher Präzision
  • Herstellung von Werkzeugen und Werkzeugeinsätzen
  • Herstellung funktionaler Oberflächen zur Änderung der Benetzbarkeit, des Reibverhaltens und optischer Eigenschaften
  • Strukturgrößen < 1 μm bei Oberflächengenauigkeiten < 200 nm

Laserstrahlbohren

  • Präzisionsbohren mit Durchmessern > 30 μm bei Bohrtiefen bis zu 2 mm
  • Mikrobohren mit Bohrdurchmessern < 1 µm

3D-Volumenstrukturierung

  • Herstellung von Wellenleitern in transparenten Materialien
  • Mikrostrukturierung durch selektives Ätzen

Multiphotonenpolymerisation

  • Herstellung von dreidimensionalen Polymermikrostrukturen mit lateralen Auflösungen < 1 µm

Verfügbare Lasersysteme

  • Pikosekundenlaser (λ = 355 nm, 532 nm, 1064 nm) bis P = 50 W, τ = 10 - 15 ps
  • Femtosekundenlaser (λ = 470 - 2700 nm) bis P = 1,5 W, τ = 100 fs und (λ = 1030 nm) bis P = 150 W, τ = 700 fs - 10 ps

Video: Stifterverbandspreis für Multistrahl-Laserverfahren

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Der Ultrakurzpulslaser als Werkzeug für die Präzisionsfertigung findet eine immer breitere Akzeptanz unter den industriellen Anwendern. Insbesondere wird diese Entwicklung bedingt durch systemtechnische Neu- oder Weiterentwicklungen, welche eine signifikante Steigerung der Produktivität zulassen. Eine deutliche Produktivitätssteigerung war auch das Ziel eines Teams aus Industrie und Forschung, das auf der Jahrestagung der Fraunhofer-Gesellschaft am 9. Oktober 2020 den Wissenschaftspreis des Stifterverbands für Verbundforschung erhielt. Das Team hat eine Technologie entwickelt, bei der ein Laserstrahl in bis zu 16 Teilstrahlen aufgeteilt wird. Das sind 16 Werkzeuge, die parallel und individuell gesteuert für die Herstellung funktionaler Oberflächen eingesetzt werden können.

Video: Die nächste Generation der Hochleistungs-UKP-Laser für Industrie und Forschung

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Im Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS bündeln 13 Fraunhofer-Institute ihre Expertise für die Entwicklung von Lasersystemen, die mit ultrakurzen Pulsen (UKP) höchste Leistungen erreichen, und erforschen deren Einsatzpotenziale. Die Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT in Aachen und für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena bringen ihre Kompetenz in der Entwicklung von Hochleistungs-UKP-Lasern ein, die im Cluster mit der Expertise anderer Fraunhofer-Institute in den Bereichen Systemtechnik und Anwendungen kombiniert wird. 

Partner aus Industrie und Forschung sind dazu aufgerufen, sich zu beteiligen und die neuen Lasersysteme in den Applikationslaboren in Aachen und Jena für ihre Innovationen zu nutzen.

Märkte

Lasertechnik trägt in unterschiedlichen Märkten zur Lösung anspruchsvoller Aufgabenstellungen bei. Ob als Werkzeug in der Automobilfertigung, als Messmittel im Umweltbereich, als Diagnose- oder Therapieinstrument in der Medizintechnik oder als Kommunikationsmedium in der Raumfahrttechnik, der Laser bietet vielfache Einsatzmöglichkeiten mit hoher Produktivität und hoher Effizienz.

Auf den Markt-Webseiten finden Sie weitere Informationen und eine Auswahl aus unserem Angebot.

 

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