Mit dem integrierten Spiegel lässt sich der Laserstrahl mit Schaltzeiten von unter fünf Millisekunden an neue Bearbeitungssituationen anpassen.
Fraunhofer ILT, Aachen
Seit 2016 forscht und entwickelt ein internationales Team mit Firmen und Instituten aus Deutschland, Belgien, den Niederlanden, Israel und der Schweiz im Projekt "Ultra Dynamic Optical Systems for High Throughput Laser Surface Processing" zwei neue Faserlaser-Optiken für den nahen Infrarotbereich. Diese sollen die Bearbeitungszeit von Oberflächen im Idealfall auf ein Zehntel reduzieren und die Kosten halbieren. Eine Optik ist für das Polieren und die Bearbeitung von dünnen Schichten mit dem Laser ausgelegt. Das Forschungsteam setzt dabei einen piezoelektrisch kontinuierlich deformierbaren Spiegel (PDM) ein. Dieser sorgt dafür, dass sich der Laserstrahl mit Schaltzeiten von unter fünf Millisekunden und damit sehr schnell an die Bearbeitungssituation anpasst. »Der Laserstrahl wird in Abhängigkeit vom Einstrahlwinkel so umgeformt, dass er in der Projektion auf die Oberfläche immer die gleiche Form hat, sodass die Intensität dort stets konstant bleibt«, erklärt die Diplom-Physikerin Judith Kumstel, Expertin für Laserpolieren am Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT.
Einen anderen Weg geht das Konsortium beim Laserstrukturieren: Eine weitere neue Optik ermöglicht den parallelen Einsatz von vier Strahlen statt des sonst üblichen einen Strahls, um so Bearbeitungsgeschwindigkeit und Produktivität zu erhöhen. Mit einem sogenannten diffraktiven optischen Element (DOE) wird der Laserstrahl in ein quadratisches Strahlbündel von vier Teilstrahlen aufgeteilt. Bei herkömmlichen Multistrahlkonzepten dieser Art kommt es durch die Optik, die am Ende die Strahlen auf das Bauteil fokussiert, und durch die Form des Bauteils zu einer Verzerrung des Strahlbündels. Mit einem speziellen System kann jeder einzelne Teilstrahl in seiner Position im Millisekundentakt angepasst werden, sodass für die Bearbeitung jederzeit ein quadratisches Strahlbündel vorliegt.
Der Lasereinsatz wird bezahlbar
Aktuell entstehen zwei kompakte Optik-Module, mit denen bis Ende 2018 in einer neuen Laseranlage der Einsatz bei unterschiedlichen Anwendungsfällen getestet wird. Ein Schweizer Unternehmen baut hierfür eine industrietaugliche Maschine, die mithilfe der Optikköpfe Oberflächen bis zu zehn Mal schneller polieren, strukturieren und beschichten soll – bei gleicher Qualität und halben Kosten.