Innovative Produkte und Verfahren durch Einsatz ultrakurzer Laserpulse

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1 Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern GmbH Innovative Produkte und Verfahren durch Einsatz ultrakurzer Laserpulse Dr. Rigo Peters Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern GmbH Wismar, 24. Mai 2011

2 Einleitung Ultrakurzpulslaser haben das Potenzial, klassische Fertigungsverfahren in vielen Bereichen zu ersetzen. Sie ermöglichen aber auch ganz neue Applikationen, die bislang nicht denkbar waren. dass wir heute an einem ähnlichen Punkt stehen, wie vor 30 Jahren mit dem CO 2 Laser... In einigen Jahren könnte es eine zweite Laserrevolution geben. Peter Leibinger, Vorsitzender des Geschäftsbereiches Lasertechnik / Elektronik der Trumpf GmbH & Co. KG,

3 Ultrakurzpulslaser Physikalische Grundlagen Als Ultrakurzpulslaser werden Laser bezeichnet, die eine Pulsdauer im Bereich von Piko- (10-12 s) bis Femtosekunden (10-15 s) aufweisen. Bearbeitung mit konventionellen Laserquellen Bearbeitung mit ultrakurzem Laserpuls 3

4 Ultrakurzpulslaser Physikalische Grundlagen Als Ultrakurzpulslaser werden Laser bezeichnet, die eine Pulsdauer im Bereich von Piko- (10-12 s) bis Femtosekunden (10-15 s) aufweisen. Bearbeitung mit konventionellen Laserquellen Bearbeitung mit ultrakurzem Laserpuls Stahlfolie, 100 ns Puls Stahlfolie, 200 fs Puls C. Momma, et al., Opt. Commun. 129, 134 (1996). 4

5 Ultrakurzpulslaser Strahlquellen Vorteile im Bereich Materialbearbeitung direkte Sublimation, keine Wärmeerzeugung keine Ausbildung von Graten Bearbeitung sensibler und transparenter Materialien ps-bohrung in Titan Industrietaugliche UKP-Quellen Insbesondere ps-laser stehen seit kurzem mit ausreichenden Leistungen zur Verfügung und erlauben damit erstmals den industriellen Einsatz der UKP-Technologie. 5

6 Anwendungsfelder UKP-Mikrobearbeitung Einspritzdüsen für Dieselmotoren Automobilbau Medizintechnik 0.9 mm Sensorik Technische Oberflächen Halbleiterindustrie Photovoltaik Medizintechnik Stempel / Spritzgußwerkzeuge Feinwerktechnik Biosystemtechnik 6

7 SLV M-V GmbH Schweißtechnische Lehr- und Versuchsanstalt Mecklenburg-Vorpommern GmbH 1987 erste Studie zum Thema Lasertechnik in der Fertigung 7

8 SLV M-V GmbH Forschung & Entwicklung Forschungsschwerpunkte: Hochleistungslaser 12 kw CO 2 -Laser 10 kw Faserlaser 16 kw Scheibenlaser Anlagen- / Robotertechnik Laser-Hybrid- Schweißen stationär oder mobil mit Traktor Mobile Laser Handschweißlaser mit 15 m Transportfaser und bis zu 4 kw Leistung Gepulste Laser 140 W Stablaser (0,3-50 ms Pulsdauer) Begleitung Einführung Lasertechnologie bei Siemens Power Generation Berlin Verfahrensentwicklung im Schiffbau mittels mobiler Festkörperlaser Breakthrough in European Ship and Shipbuilding Technologies RESOMALAS I/II Reparaturschweißen an hochwertigen Bauteilen aus Sonderwerkstoffen

9 Forschung & Entwicklung Bereich Ultrakurzpulslaser Aufbau eines Kompetenzzentrums für Ultrakurzpulstechnologie: zentraler Ansprechpartner für UKP-Anwendungen Auf- und Ausbau von OT-Infrastrukturen Initiierung von F&E-Vorhaben Landesschwerpunkte Exzellenzförderprogramm M-V 2008 Bedarf Anfragen von KMU, HS Personal Einstellen von qualifiziertem Personal Investitionen Anschaffen der Laser- und Anlagentechnik Pilotprojekt TheraNova : Integration von UKP-Laserquellen in die Serienfertigung vaskulärer Implantate Folgeprojekte Innovationsforum MikroLas Forschungsfonds M-V VP Medizintechnik Netzwerkbildung... Innovationsforum Qualitativer Sprung im regionalen Technologieprofil KMU-Partner 9

10 Applikationslabor für Ultrakurzpulslaser Aufbau UKP-Applikationszentrum an der SLV M-V: Hochleistungs-Ultrakurzpulslaser und 4-Achs-Mikrobearbeitungsanlage TRUMPF TruMicro 5X50 + GFH GL.3 Laserleistung: 50 W (IR) 25 W (grün) 15 W (UV) Pulslänge: 6 ps Repetitionsrate: 400 khz Achsgenauigkeit: < 1 µm Achs- und Scannergeschwindigkeit: bis zu 2 m/s Gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Europäischen Sozialfonds (ESF) im Rahmen der Verbundforschung zwischen Wirtschaft und Wissenschaft des Landes Mecklenburg-Vorpommern. 10

11 Aktuelles Verbundvorhaben Projekt TheraNova Schematische Prozesskette: 1. Laserschneiden 2. Optische Kontrolle 3. Entgraten 4. Reinigen 5. Elektropolieren 6. Wärmebehandlung 7. Optische Kontrolle von Hand konventionell geschnittener Metallstent Zeit & Aufwand konventionell ps-laser* ps-laser geschnittener CoCr-Stent Gefördert aus Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) und des Europäischen Sozialfonds (ESF) im Rahmen der Verbundforschung zwischen Wirtschaft und Wissenschaft des Landes Mecklenburg-Vorpommern. 11

12 Ausblick Eröffnung UKP-Applikationszentrum: SLV M-V Rostock innovative Produkte Technologietransfer Forschung & Entwicklung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 12