ScULPT formt die Zukunft industrieller Ultra­kurzpulslaser

© TRUMPF

Der Forschungsverbund ScULPT entwickelt unter der Leitung von TRUMPF ein Hochleistungs-Ultrakurzpulslasersystem.

Unter dem Kürzel ScULPT arbeiten Partner aus Industrie und Forschung am Ultrakurzpulslaser der Zukunft. ScULPT steht für „Scaling Ultrafast Laser Productive Precision Processing Technology“ und soll zu einem effizientes Hochleistungs-Ultrakurzpuls­lasersystem zur Laserbearbeitung von Gläsern und Metallen mit zehnfach gesteigertem Durchsatz führen.

Kavität: Die von verspiegelten Umlenkprismen umgebene YAG-Scheibe erzeugt eine Laserleistung von mehreren Kilowatt.

Dr. Dirk Sutter, Leiter der Ultrakurzpulslaserentwicklung bei TRUMPF und Koordinator der Aktivitäten des ScULPT-Verbundes, unterstreicht die hoch gesteckten Ziele: „Wir möchten ein Lasersystem entwickeln, welches präzise Materialbearbeitung mit ultrakurzen Pulsen bei deutlich gesteigerter Produktivität ermöglicht. Unser Ziel ist es, die Bearbeitungskosten pro Bauteil zu senken und dadurch neue, ressourcenschonende Anwendungen wirtschaftlich zu machen.“ Voraussetzung hierfür ist eine signifikante Skalierung der Ausgangsleistung industrietauglicher Ultrakurzpulslaser, wie etwa der TruMicro Serie.

Noch mehr Leistung in jedem Puls

Ultrakurzpulslaser eignen sich aufgrund ihrer extremen Pulsspitzenleistungen von mehreren Gigawatt bei einer sehr geringen Pulsdauer von nur rund einer Billionstel Sekunde ideal für die Präzisionsbearbeitung nahezu beliebiger Materialien. Sie haben sich mittlerweile nicht nur in der Forschung, sondern auch im industriellen Einsatz etabliert, beispielsweise beim Bohren und Strukturieren von Metallteilen im Automobilbereich oder beim abtragenden Schneiden von transparenten Werkstücken wie Displaygläsern.

Displayfertigung: Die mechanische Belastung des Materials ist beim Laserschneiden von Glas mit einem TruMicro Ultrakurzpulslaser auf ein Minimum reduziert – es entstehen keine Risse an den Kanten, dadurch müssen die geschnittenen Bauteile nicht mehr abgeschliffen werden.

Bisher schränkt jedoch die verfügbare Pulsenergie das pro Laserpuls bearbeitbare Volumen und somit auch den erzielbaren Bearbeitungsdurchsatz ein. Genau hier setzt die Arbeit des Forschungsverbundes an: Die Leistungszunahme des Lasers soll sich mindestens proportional auf den Bearbeitungsdurchsatz auswirken.

Um die erhöhte Laserleistung auch in schnellere Bearbeitungsprozesse übertragen zu können, sind neben einer neuen Strahlquelle weitere Entwicklungen notwendig, an denen die ScULPT-Projektpartner ebenfalls arbeiten. Dazu gehören zum Beispiel anwendungsspezifische Bearbeitungsmodule mit geeigneter, faserbasierter Strahlführung sowie eine prozessangepasste Strahlformung und eine optimierte Synchronisation zwischen Laser und Ablenksystem.

Gebündelte Expertise der Projektpartner

Partner des Verbundprojektes ScULPT sind neben den Industrieunternehmen TRUMPF, SCHOTT und BOSCH auch die Institute IAP der Universität Jena und IFSW der Universität Stuttgart. Gemeinsam bündeln sie die notwendige Expertise von Grundlagenforschung über die Strahlquellen-Industrialisierung bis hin zu den kommerziellen Bearbeitungsprozessen in Gläsern und Metallen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert ScULPT über eine Laufzeit von drei Jahren; die Projektträgerschaft liegt bei der VDI Technologiezentrum GmbH.

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