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Femto Photonic Production: Neue Verfahren mit Ultrakurzpulslasern für die Fertigung von morgen

27.03.2015

Für die deutsche Wirtschaft spielt die Lasertechnik eine herausragende Rolle: Etwa 40 Prozent der weltweit verkauften Strahlquellen und 20 Prozent der Lasersysteme für die Materialbearbeitung stammen aus Deutschland.

Beim Einsatz von Lasern in der Produktion sind deutsche Unternehmen führend. Diese Stärken gilt es zu erhalten und auszubauen. Deswegen hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF den Forschungscampus »Digital Photonic Production« (DPP) ins Leben gerufen, der für bis zu 15 Jahre mit Fördermitteln von 2 Mio. Euro jährlich gefördert wird.


Dünnglasschneiden mit Ultrakurzpulslaser.

Fraunhofer ILT, Aachen/Volker Lannert

Gemeinsam mit der RWTH Aachen University, dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT und Industriepartnern soll im Verbundprojekt »Femto Photonic Production« der Grundstein für den Einsatz von Ultrakurzpulslasern in industriellen Fertigungsverfahren gelegt werden.

Forschungscampus – Nachhaltige Innovationsprozesse durch räumliche Nähe

Der Forschungscampus DPP ist einer von neun Forschungscampi deutschlandweit. Er wurde im Januar 2015 von Thomas Rachel, dem parlamentarischen Staatssekretär des BMBF, feierlich eröffnet. Hiermit wird eine neue Form der langfristigen und systematischen Kooperation zwischen Universität, Fraunhofer-Gesellschaft und derzeit 28 Partnern aus der lndustrie unter einem Dach etabliert.

Ziel dieser Zusammenarbeit ist die komplementäre Bündelung der verschiedenen Ressourcen mit einem neuen Schwerpunkt in der gemeinsamen anwendungsorientierten Grundlagenforschung. Inhaltlich konzentriert sich der Forschungscampus DPP auf die Erforschung von neuen Methoden und grundlegenden physikalischen Effekten für die Nutzung von Licht als Werkzeug in der Produktion, insbesondere in den Zukunftsthemen Energie, Gesundheit, Mobilität, Sicherheit sowie lnformations- und Kommunikationstechnik.

Drei Projekte von Forschern der RWTH Aachen University in Kooperation mit dem Fraunhofer ILT sowie verschiedenen Industriepartnern wurden innerhalb des Aachener Forschungscampus bereits bewilligt: »Nano Photonic Production« zur Erforschung neuartiger VCSEL-Strahlquellen, »Direct Photonic Production« zur Weiterentwicklung von additiven Fertigungsverfahren und »Femto Photonic Production« mit dem Schwerpunkt der Weiterentwicklung von Ultrakurzpulslaser-Fertigungsverfahren.

»Femto Photonic Production« - Laserbearbeitung moderner Hightech-Materialien

Mit dem Projekt »Femto Photonic Production«, das im Oktober 2014 startete, sollen unter Leitung der RWTH Aachen University über eine Laufzeit von 5 Jahren die Grundlagen der Materialbearbeitung moderner Werkstoffe besser verstanden werden. Insbesondere Materialien mit großer elektronischer Bandlücke, d.h. mit hoher Transparenz, wie beispielsweise Glas, Saphir und Diamant stehen im Mittelpunkt der Forschungsaktivitäten.

Ultrakurzpulslaser (UKP) stellen eine Klasse optischer Bearbeitungssysteme dar, mit denen neue Funktionalitäten auf Werkstoffen und Bauteilen erzeugt werden können. Allerdings sind die fundamentalen Zusammenhänge der Wechselwirkung zwischen ultrakurzen Laserpulsen und den Absorptionseffekten in transparenten Werkstoffen heute noch nicht ausreichend verstanden.

Viele der hier betrachteten und für künftige Anwendungen relevanten Werkstoffe sind transparent, somit lassen sie sich nur durch sehr komplexe Laserverfahren bearbeiten. Kern des Verbundprojektes ist die fundamentale Analyse, Simulation und Beschreibung der Wechselwirkung von Laserstrahlung mit transparenten Materialien.

Aufbauend auf diesen grundlegenden Resultaten werden dann für alle relevanten Materialklassen die optimalen Leistungsparameter für die verschiedenen Laserklassen, angepasste Optiken und Systemlösungen abgeleitet und anschließend in experimentellen Studien gemeinsam mit den Industriepartnern evaluiert. Diese Forschungsaktivitäten zielen unter anderem darauf ab, die Laserbearbeitung elektronischer Bauteile in der Displayfertigung, der Fertigung moderner LEDs oder Leistungstransistoren zu ermöglichen.

Durch die enge Zusammenarbeit von Experten der RWTH Aachen University und des Fraunhofer ILT mit den Strahlquellenherstellern Trumpf, Edgewave und Amphos, sowie den Systemanbietern 4Jet, LightFab und Pulsar Photonics steht für diese Arbeiten ein weltweit einzigartiger Maschinen- und Anlagenpool zur Verfügung. Hier können Wissenschaftler und Ingenieure aus Forschung und Industrie gemeinsam zielführend an einem übergreifenden Thema arbeiten - ganz im Sinne des Grundgedankens der Kooperation im Forschungscampus Digital Photonic Production.

Projektpartner im Überblick

• Lehrstuhl für Lasertechnik LLT, RWTH Aachen University
• Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme TOS, RWTH Aachen University
• Lehr- und Forschungsgebiet Nichtlineare Dynamik der Laser-Fertigungsverfahren NLD, RWTH Aachen University
• 4Jet GmbH
• Amphos GmbH
• EdgeWave GmbH
• Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
• LightFab UG
• Pulsar Photonics GmbH
• Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Claudia Hartmann
Gruppe Mikro- und Nanostrukturierung
Telefon +49 241 8906-207
claudia.hartmann@ilt.fraunhofer.de

Dr. Arnold Gillner
Leiter des Kompetenzfeldes Abtragen und Fügen
Telefon +49 241 8906-148
arnold.gillner@ilt.fraunhofer.de

Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT
Steinbachstraße 15
52074 Aachen

Weitere Informationen:

http://www.ilt.fraunhofer.de

Petra Nolis | Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

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