Der Faserlaser: Materialbearbeitung aus dem Glashaar

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Als vor fast 50 Jahren, kurz nach der Demonstration des ersten Lasers, der Faserlaser erfunden wurde, brachte ihn niemand mit ernsthaften industriellen Anwendungen in Verbindung. Die emittierten maximalen Leistungen lagen im Bereich von tausendstel Watt und der Faserlaser galt als Kuriosität auf dem Labortisch von Experimentalphysikern.

Erst belächelt – dann gut fürs Grobe
Die Forschung machte sich bezahlt: Mit mehreren Kilowatt Ausgangsleistung im Dauerstrichbetrieb bei optimaler Strahlqualität und höchster Effizienz, sind Dauerstrich-Faserlaser heute eine Alternative zu herkömmlichen Systemen geworden oder lösen diese ab. Derzeit werden solche Faserlasersysteme für Aufgaben der Makrobearbeitung wie Blechschneiden, Härten, Schweissen optimiert. Dabei handelt es sich durchwegs um Anwendungen, die von der guten Strahlqualität des Faserlasers bei hoher mittlerer Leistung profitieren können. Die kleinen, integrierbaren und effizienten neuen Faserlaser verdrängen langsam die «Dinosaurier» der ersten Generation.

ORIGAMI - Low-noise femtosecond laser modules Foto: onefive

Mikrobearbeitung: höchste Intensität für kleineren Abtrag
Die Mikrobearbeitung stellt an den Laser in mancher Hinsicht höhere Anforderungen als die Makrobearbeitung. Während letztere mit hoher Dauerstrichleistung und guter Strahlqualität auskommt, braucht die Mikrobearbeitung zwar niedrige mittlere Leistungen, dafür sehr hohe Spitzenintensitäten. Das lässt sich am besten erreichen, indem man das Licht pulst, und zwar mit Pulsdauern im Bereich von Picosekunden (1 ps beträgt ein Millionstel einer Millionstel Sekunde). Hier stossen Faserlaser, wenn es um die Erzeugung von Licht für die Mikromaterialbearbeitung geht, an ihre Grenzen. Denn es sind nicht hohe mittlere Leistungen gefragt, sondern höchste Spitzenleistungen aus einer Fläche, die kleiner als die Querschnittsfläche eines geschnittenen Haares ist. Selbst ohne tiefe Sachkenntnis leuchtet das Problem ein: Auf der einen Seite will man Licht derart hoher Intensität generieren, dass es selbst Stahl oder sogar Diamant abträgt, gleichzeitig soll dasselbe Licht ohne «Nebenwirkungen» (Absorption oder nichtlineare Effekte) in einer Glasfaser generiert und transportiert werden.

Photo: Victoria-Fotolia.com

Die Firma Onefive hat sich dieser Herausforderung gestellt und entwickelte unter anderem zusammen mit der Universität (IAP, Universität Bern) und der Fachhochschule (ALPS, BFH-TI in Burgdorf) im Rahmen von KTI-Projekten eine Serie von Faserlasern für die Mikromaterialbearbeitung, die das Äusserste aus der Faser herausholen – und das erst noch kostengünstig, effizient und sehr einfach in Maschinen integrierbar.
Onefive arbeitet gerne mit Forschungseinrichtungen zusammen. Zwar funktionieren die Fachhochschulen und Universitäten nicht immer so, wie die Industrie das möchte, aber mit der notwendigen Ausdauer und Koordinationsgeschick sind die Resultate äusserst positiv zu werten. Die BFH hat als grosses Plus auf dem Lasergebiet eine breite Sachkenntnis auch im Bereich der Anwendungsentwicklung und ist deswegen für Firmen wie Onefive besonders wertvoll.

 
  1. Lichtwellen, die mit Erbium, einem seltenen Metall, ausgestattet (dotiert) sind, können die über Glasfasern übertragenen Lichtsignale verstärken, ohne dass dafür ein elektrischer Verstärker benötigt wird. (Quelle: T. Seilnacht, PH Luzern)
  2. Im Dauerstrichbetrieb wird der Laserstrahl unter konstanter Energiezufuhr kontinuierlich erzeugt. Der Laser sendet Laserlicht von konstanter Intensität. (Quelle: Technische Information, TRUMPF GmbH Ditzingen)