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Nachrichten, Termine, Experten
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Ultrakurzpulslaser, abgekürzt UKP-Laser, sind seit Jahren ein heißes Thema in der Präzisions-Materialbearbeitung. Der UKP Workshop in Aachen ist dafür der Treffpunkt für die stetig wachsende Community, um sich über die neuesten Entwicklungen auszutauschen. Große Themen waren Strahlquellen, Systemtechnik, Strahlformung und natürlich Anwendungen. Viele der vorgestellten Innovationen hatten dabei ein gemeinsames Ziel: Skalierung zu kleineren Strukturgrößen sowie der Produktivität.
Zum 8. UKP Workshop Ultrafast Laser Technology trafen sich 120 Expertinnen und Experten aus 22 Ländern am 8. und 9. April in Aachen. Der Name deutet es bereits an: in diesem Workshop geht es um die Erzeugung und Anwendung von Laserpulsen im Bereich von Pikosekunden (ps) und Femtosekunden (fs). Diese Laserpulse können praktisch jedes Material bearbeiten. Die Forschung und Entwicklung hat in den vergangenen Jahren wieder große Fortschritte bei der Erzeugung und Anwendung gemacht, so dass sich die Fachgespräche in diesem Jahr neben neuen Anwendungen meist um die Skalierung der Prozesse drehten.
Skalieren mit mehr Power und mehr Wellenlängen
Derzeit sind industrietraugliche Laserstrahlquellen mit bis zu 1000 Watt verfügbar, zum Beispiel vom Systemanbieter TRUMPF. Dieser Laser mit Pulsenergien bis zu 10 mJ bei Pulslängen unter 1 ps steht im Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS-Applikationslabor am Fraunhofer ILT oder bei TRUMPF selbst in Schramberg für Tests bereit.
Bei den Wellenlängen der Lasersysteme gibt es einen Trend in Richtung Ultraviolett (UV) und Deep UV (DUV), die Diskussion dazu drehte sich um Vorteile durch den kleineren Fokusspot sowie beim Abtrag transparenter Materialien. Anwendungen im Consumer Electronics Markt, vor allem die Displayfertigung, treiben dabei die weitere Entwicklung voran. Noch dominieren dort Excimer-Laser, aber Festkörper-UKP-Laser sind im Vormarsch, wie man von Coherent hören konnte.
Von Light Conversion gab auf dem Workshop interessante Daten zu Leistung und Lebensdauer verschiedener Laser. Von mehr als 10 000 Stunden beim 30 W-UV-System ging die Übersicht bis zu knapp 30 Minuten bei Tests zur Erzeugung einer Wellenlänge von 172 Nanometer, was der 6. Harmonischen entspricht.
Für Erstaunen sorgte ein neues System von EKSPLA, das ns- und fs-Pulse aus einem Laser liefert. Die Pulse sind mit einer Quelle synchronisiert, Nutzende haben die Option, Dauer und Abstand der Pulse frei einzustellen. »Das ist wie Schruppen und Schlichten auf einer Maschine« bemerkte ein Teilnehmer. Das System von EKSPLA erlaubt auch eine sehr flexible Programmierung von MHz und GHz Bursts. Die waren vor einigen Jahren noch Thema der Grundlagenvorträge – inzwischen gehören sie zum Standard moderner UKP-Strahlquellen.
Modulatoren und Scannersysteme für mehr Durchsatz
Da die Fachleute die Prozesse im Material in den letzten Jahren besser verstanden haben, richtet sich der Fokus des Workshops nun stärker auf die Systemtechnik. Besondere Aufmerksamkeit bekam in diesem Jahr das Thema Strahlformung. Hamamatsu bietet dafür einen neuen LCoS-Modulator (Liquid Crystal on Silicon) an, der dank des Einsatzes von Saphir Leistungen bis 700 Watt bzw. 3 kW/cm² aushält. Anwender formen damit Strahlen nahezu beliebig – Ring- und Top-Hat-Profile sind nur zwei Beispiele. Ebenso erzeugen sie Multistrahlprofile oder korrigieren Aberrationen.
Ähnliche Modulatoren auf Basis von mikro-elektromechanische Systemen (MEMS) zeigte Silicon Light Machines. Sie sind schneller (100-500 kHz refresh rate) als LCoS-Modulatoren, vertragen bis zu 10 kW/cm², haben dafür aber eine geringere Auflösung. Wer die Flexibilität der Modulatoren nicht braucht, greift auf diffraktive optische Elemente (DOE) zurück, die hohe Auflösung mit hoher Zerstörschwelle verbinden. HOLO/OR präsentierte deren Vor- und Nachteile in der Anwendung mit Scannersystemen.
Letztere haben ebenfalls erhebliche Fortschritte gemacht. Der Polygonscanner von MOEWE aus Mittweida schafft bis zu 1000 m/s Ablenkgeschwindigkeit des Laserstrahls. Die Entwickler mussten dabei ein zentrales Problem lösen: das Handling der enormen Datenmengen von bis zu 38 GB pro Quadratmeter Bearbeitungsfläche, die etwa beim schnellen Gravieren anfallen. Bei Druckwalzen mit über 100 Quadratmeter Fläche setzten sie deshalb auf segmentierte Flächen. Für solche Anwendungen erwarten Fachleute noch eine erhebliche Erhöhung der Produktivität durch den Einsatz leistungsstärkerer Strahlquellen.
Unternehmen wie SCANLAB und AEROTECH kombinieren Scanner, akusto-optische Modulatoren und Achsensysteme gezielt, um die Stärken der jeweiligen Systeme für einen höheren Durchsatz auszunutzen. So erwarten sie durch das Kaskadieren der Komponenten einen höheren Duty-Cycles des Prozesses, was zu einer höheren Produktivität führt.
UKP Laser im industriellen Einsatz
Martin Reininghaus präsentierte mit den Multistrahl-Maschinen von Pulsar Photonics einen weiteren Weg zur Skalierung der Produktivität. Dafür hat Pulsar neben dem Multistrahlkopf ein Multi-Scanner- und ein Multi-Scannerkopf-Konzept entwickelt. Multistrahlköpfe eignen sich für eine hochproduktive Herstellung von periodischen Strukturen, während bei Multi-Scanner Aufbauten jeder Scanner unabhängig voneinander agieren kann. Dafür ist es dann wiederum eine Herausforderung, die großen Datenmengen sowie die Laserpulse zum richtigen Zeitpunkt an die verschiedenen Scanner zu verteilen.
Wie wichtig inline-Prozesskontrolle ist, zeigte Florian Lendner von GFH. Durch konsequente Überwachung der Prozess- und Umgebungsparameter identifizierte sein Team einen Langzeitdrift, die durch eine automatisierte Korrekturroutine ausgeglichen werden konnte. Dadurch konnte Formtreue der Bauteile auf ± 1 µm verbessert werden, wodurch die Genauigkeit der Mikrobearbeitung weiter erhöht werden konnte.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) teilte Erfahrungen beim Mikroschweißen von Glas. Schott hat den Prozess auf Waferlevel implementiert und erreicht Verbindungen mit einer Scherfestigkeit über 50 MPa. Die Firma nutzt die Technologie im Bereich Medizintechnik. Klebstofffreie Fügeverfahren verringern dort den Zulassungsaufwand.
Die Firma Lidrotec zielt mit ihrer speziellen Applikation von Laserpulsen durch eine Flüssigkeitsschicht auf den Halbleitermarkt, um dort Materialverluste beim Vereinzeln der Chips zu reduzieren. Dementsprechend bereitet Lidrotec die Technologie für großtechnische Anwendungen vor.
Lasertechnik zum Anfassen: »Der Marketplace« auf dem Campus
Der Rundgang durch die Labore des Fraunhofer ILT, des RWTH »Forschungscampus Digital Photonic Production« sowie des RWTH Aachen – Lehrstuhl für Lasertechnik und RWTH Aachen – Lehrstuhl für Technologie Optisccher Systeme bot mit neun Stationen die Chance, sich viele der im Workshop vorgestellten Technologien live anzusehen. Eine präsentierte Anwendung war das Selektive Laser-induzierte Ätzen (SLE). Dabei schreibt der fokussierte Laserstrahl die Kontur des gewünschten Bauteils in einen Glasrohling und dieser wird anschließend über einen Ätzprozess freigelegt.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) zeigte im Labor und später im Workshop mit diesem Prozess, wie sie mikro- als auch makrooptische Komponenten wie Linsen herstellt. Der Vorteil dieses Verfahrens liegt in der Gestaltungsfreiheit (»Complexity for free«) und der Individualisierbarkeit. Nach der Erzeugung der Form wird die Oberfläche noch laserpoliert. Der UKP-Laser kann Glas auch direkt oberflächlich abtragen, wobei es dann immer einen Kompromiss zwischen Prozessgeschwindigkeit und Oberflächenqualität zu finden gilt.
Auch wurden viele der Aktivitäten rund um Strahlformung mittels Flüssigkristallmodulatoren gezeigt. Beispiele lieferten vorher Martin Kratz und Martin Osbild (beide Fraunhofer ILT) zum SLE Prozess und der Oberflächenstrukturierung.
Durch Strahlformung können sphärische Aberrationen reduziert, Multistrahlprofile erzeugt oder optische Stempel gebildet werden, mit denen größere Flächen am Stück strukturiert werden können. Wie diese Strahlformen möglichst perfekt mit neuronalen Netzen erzeugt werden können, demonstrierte Paul Buske vom RWTH Aachen – Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme in seinem Vortrag.
Offen, hochspezialisiert, zukunftsorientiert– der UKP Workshop 2025
»Es ist immer wieder beeindruckend, wie offen die UKP-Community hier über technische Details spricht« freute sich Dr. Dennis Haasler, Gruppenleiter am Fraunhofer ILT und Chair des Workshops, zum Abschluss des 8. UKP Workshop Ultrafast Laser Technology. »Wieder einmal hat sich der Workshop als exzellente Plattform für den Austausch zwischen Forschung und Entwicklung und Industrie bewiesen« ergänzt Dr. Christian Vedder, Leiter der Oberflächentechnik-Abteilung des Fraunhofer ILT.
Im Mittelpunkt stand in diesem Jahr die weitere Skalierung von Fertigungsprozessen, wofür zahlreiche Innovationen vor allem aus dem Bereich der Prozesstechnik diskutiert wurden. Der nächste UKP Workshop Ultrafast Laser Technology ist für den 28. und 29. April 2027 geplant.
Dr.-Ing. Dennis Haasler
Gruppenleiter Mikro- und Nanostrukturierung
Telefon +49 241 8906-8321
dennis.haasler@ilt.fraunhofer.de
Dr. Christian Vedder
Abteilungsleiter Oberflächentechnik und Formabtrag
Telefon +49 241 8906-378
christian.vedder@ilt.fraunhofer.de
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen
www.ilt.fraunhofer.de
Dr. Dennis Haasler eröffnete den 8. UKP Workshop des Fraunhofer ILT im DAS LIEBIG in Aachen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Zwölf Unternehmen präsentierten bei der zwei-tägigen Ausstellung ihre Innovationen und regten zu ein ...
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Lab Tour mit Live-Vorführung im Fraunhofer ILT. Die Fraunhofer Forschenden präsentierten den Teilnehmenden das Leistungsvermögen der UKP-Bearbeitung.
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wirtschaftsvertreter, Wissenschaftler
Elektrotechnik, Energie, Informationstechnik, Maschinenbau, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungsergebnisse, Wissenschaftliche Tagungen
Deutsch
Dr. Dennis Haasler eröffnete den 8. UKP Workshop des Fraunhofer ILT im DAS LIEBIG in Aachen.
© Fraunhofer ILT, Aachen.
Zwölf Unternehmen präsentierten bei der zwei-tägigen Ausstellung ihre Innovationen und regten zu ein ...
© Fraunhofer ILT, Aachen.
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