Lasertechnik
Laser spielen in modernen Produktionsprozessen eine Schlüsselrolle. So können im Automobil- und Flugzeugbau verstärkt Leichtbaukonstruktionen eingesetzt, Schweißverbindungen verbessert und Bearbeitungsgeschwindigkeiten erhöht werden. Zudem ergeben sich aus den wachsenden Ansprüchen an Qualität und Leistungsfähigkeit Anforderungen an die Fertigungstechnik, die häufig von klassischen Verfahren nicht mehr erfüllt werden können. Reduzierter Materialeinsatz bei verbesserter Stabilität und Belastbarkeit ist dabei nur ein entscheidendes Kriterium. Der Laser schafft die Voraussetzungen für eine wirtschaftliche und umweltschonende Produktion.
Ein Blick auf die Marktzahlen verdeutlicht das wirtschaftliche Potenzial neuartiger Lasersysteme: Allein in der Materialbearbeitung betrug das weltweite Marktvolumen für Laserstrahlquellen im Jahr 2006 2,0 Milliarden Euro, für Lasersysteme 6,1 Milliarden Euro. Bemerkenswert ist der Anteil Deutschlands am Weltmarkt: Etwa 40 Prozent der weltweit verkauften Strahlquellen und 20 Prozent der Lasersysteme für die Materialbearbeitung stammten im Jahre 2006 aus Deutschland. Die Exportquote beträgt etwa 70 Prozent – deutsche Laserhersteller sind Ausrüster der Welt! Um diese Stärke zu erhalten und auszubauen engagiert sich das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) in vielfältigen Fördermaßnahmen.
Der zunehmende Einsatz lasergestützter Verfahren hat in jüngster Vergangenheit ein starkes Interesse an Laserstrahlquellen mit deutlich verbesserten Eigenschaften hervorgerufen.
BRIOLAS - Brillante Hochleistungs-Diodenlaser
Brillante Hochleistungs-Diodenlaser sind die kleinsten und effektivsten aller Laserstrahlquellen. Sie zeichnen sich durch einen sehr hohen Wirkungsgrad, hohe Lebensdauer und kostengünstige Herstellungsverfahren aus. Diese Eigenschaften machen Hochleistungs-Diodenlaser zu einem Schlüsselelement künftiger Lasersysteme. Diodenlaser und diodengepumpte Festkörperlaser eröffnen der deutschen Laserindustrie neue Chancen. Im Rahmen der BMBF-Förderinitiative „Brillante Hochleistungs-Diodenlaser“ sollen die Grundlagen für eine neue Diodenlaser-Generation und deren industrielle Anwendung in der Fertigungstechnik, in der Druck- und Medizintechnik sowie in der Displaytechnik erschlossen werden. Dafür werden von 2004 bis 2010 in 13 Verbundprojekten etwa 43 Millionen Euro bereitgestellt.
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Liste der geförderten Verbundprojekte
FEMTONIK – Nutzung ultraschneller Phänomene
Ein weiterer Trend sind Ultrakurzpulslaser, deren Puls so kurz ist, dass in dieser Zeit das Licht nur etwa einen Millimeter zurücklegt. In dieser unvorstellbar kurzen Zeit werden extrem hohe Leistungen von mehreren hundert Megawatt erreicht – Leistungen, wie sie ein Kraftwerk erzeugt. Jedes Material, das mit einem derartigen Laserblitz beschossen wird, verdampft, ohne vorher heiß zu werden oder gar zu schmelzen. Somit ist eine hochpräzise Bearbeitung möglich. Diese Eigenschaften machen Ultrakurzpulslaser zum idealen Werkzeug für Produktion, Gesundheit und Umweltschutz. So werden Common-Rail-Injektoren für moderne, kraftstoffsparende Dieseleinspritzsysteme mit Ultrakurzpulslasern gebohrt. In der Hornhautchirurgie löst der Laser die mechanischen Eingriffe mittels Skalpell ab und ermöglicht eine einfache Augenkorrektur. Eine Voraussetzung für die Nutzung ultrakurzer Laserpulse ist die Verfügbarkeit robuster und kostengünstiger Strahlquellen. Im Rahmen der Femtonik-Initiative des BMBF werden hierfür von 2004 bis 2009 in zehn Verbundprojekten rund 24 Millionen Euro bereitgestellt.
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INLAS – Integriert-optische Komponenten für Hochleistungs - Laserstrahlquellen
Um die Marktdurchdringung der Lasertechnik weiter voranzutreiben, gilt es, den Bedürfnissen der Anwender nach kompakten, justage- und wartungsarmen Laserstrahlquellen für den flexiblen Einsatz im industriellen Umfeld nachzukommen. Eine Voraussetzung hierfür ist das Ersetzen diskret-optischer Komponenten durch integrierte Lösungen. Hochleistungs-Faserlaser sind dabei ein wichtiger Trend. Gleichzeitig können integrierte Lösungen wesentliche Impulse in Richtung einer vereinfachten und automatisierbaren Montage von Hochleistungs-Laserstrahlquellen geben. Im Rahmen der BMBF-Förderinitiative „INLAS“ werden für die Entwicklung von integriert-optischen Komponenten von 2008 bis 2012 in zehn Verbundprojekten etwa 25 Millionen Euro bereitgestellt.
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Laseranwendungstechnik
Die Vorteile des Lasers in der Fertigungstechnik sind die berührungslose Wirkungsweise und die damit verbundene Eignung zur Automatisierung, die hohen Prozessgeschwindigkeiten sowie die Qualität der erzielbaren Prozessergebnisse. Durch die Integration innovativer Laserstrahlverfahren in die Produktion können diese Vorteile eine große Hebelwirkung entfalten und damit wesentlich zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit deutscher Unternehmen beitragen. Dabei sind die Einsatzmöglichkeiten lasergestützter Verfahren heute bei weitem nicht ausgeschöpft.
MABRILAS – Materialbearbeitung mit brillanten Laserstrahlquellen
Die Anwenderindustrien – allen voran der Automobilbau – profitieren von einer stärkeren Automatisierung lasergestützter Verfahren bei höherer Produktivität und Bearbeitungsqualität. Eine wichtige Voraussetzung hierfür sind robuste, geregelte Fertigungsprozesse auf der Basis eines verbesserten Prozessverständnisses sowie einer Sensorik und Systemtechnik, die den Möglichkeiten und Anforderungen der neuen Laserstrahlquellen entspricht. So können neue Anwendungen auf der Basis des Laserschweißens und -schneidens, des Rapid Prototyping sowie der Mikro- und Oberflächenbearbeitung erschlossen werden. Ein Paradebeispiel ist das Remote-Schneiden mit großen Arbeitsabständen: Durch höhere Geschwindigkeit und eine flexiblere Fertigung können Produktionskosten gesenkt werden. Da vor allem die Automobilindustrie und mittelständische Automobilzulieferer unter hohem Kostendruck produzieren müssen, ist die laserintegrierte Fertigung für diese Branchen von besonderer Bedeutung. Den Herausforderungen bei der Materialbearbeitung mit brillanten Laserstrahlquellen stellen sich die Partner der Förderinitiative „MABRILAS“, für die das BMBF von 2008 bis 2012 in zwölf Verbundprojekten etwa 32 Millionen Euro bereitstellt.
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XUV - Innovative Anwendungen extrem ultravioletter Strahlung
Strahlung des VUV/XUV-Spektralbereichs (193nm bis ca. 0.1nm) besitzt besondere Eigenschaften, wie höhere Photonenenergien, empfindliche, elementselektive Wechselwirkung mit Materie und prinzipiell höheres Auflösungsvermögen. Diese Chance soll für verschiedenste Anwendungen genutzt werden (außerhalb der Lithografie), um Innovationen mit relevantem Marktpotential zu erschließen. Es geht dabei von der Qualitätssteigerung optischer Komponenten (193nm) über neuartige Methoden der Materialanalyse bis zu hochauflösender innovativer Messtechnik (0,1nm) im Automobilbau. Ein kompaktes Labor-Röntgenmikroskop, das unabhängig von großen Synchrotrons, aber ebenso hochaufgelöste Analysen möglich macht, ist eine besondere Herausforderung, der man sich weltweit erstmalig auch industriell stellt. Damit einher gehen auch immer Innovationen und neue Rekorde (in Leistung oder anderen Eigenschaften) bei den verwendeten Laserstrahlquellen.
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