Innovative Lösungen mit dem Laser

Der Innovation Award Laser Technology wird alle zwei Jahre an Laserhersteller und -anwender sowie an Forscher und Entwickler verliehen, die eine lasertechnische Innovation von der anwendungsnahen Forschung bis hin zur erfolgreichen industriellen Umsetzung gestaltet haben. Auslober sind der Arbeitskreis Lasertechnik AKL e.V., ein Netzwerk von rund 180 Laserexperten, und das European Laser Institute ELI e.V., eine Plattform, die Kompetenz und Wissen über optische Technologien zusammenführt.

Die Motivation der Auslober beschreiben Dr. Alexander Olowinsky, Vorstandsvorsitzender des European Laser Institute ELI e.V und Dipl.-Ing. Ulrich Berners, Vorstandsvorsitzender des AKL e.V.: „Mit der Verleihung des Innovation Award Laser Technology wollen wir genau jene Innovatoren auszeichnen, die eine Erfindung im Bereich der produktionsorientierten Lasertechnik von der Forschung über die Entwicklung bis zur Markteinführung vorangetrieben haben“. Die preisgekrönten Projekte stoßen bei beiden auf Begeisterung: „Jedes der Finalisten-Teams hat durch seine innovativen Leistungen einen wesentlichen Beitrag zur Weiterentwicklung von Wissenschaft und Technik geleistet.“

Nachfolgend ein Überblick über die Preisträger und ihre Projekte:

Erste Preise

Thema des Preisträgerprojektes 2020 ist „Active Speed Control – Kamerabasiertes Sensorsystem zur Vorschubregelung von Laserschneidprozessen“. Herzstück der von Dr. Boris Regaard und seinem Team in der TRUMPF Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG, Ditzingen, entwickelten Active Speed Control ist ein kamerabasiertes Sensorsystem im Schneidkopf. Eine Echtzeit-Bildverarbeitung analysiert die Kameradaten. Auf Basis der Datenanalyse wird die Vorschubgeschwindigkeit für optimale Ergebnisse konstant geregelt. Das gewährleistet eine maximale Schnittgeschwindigkeit und einen zuverlässigeren Prozess. Das Ergebnis sind optimierte Produktivität sowie weniger Ausschuss und Nacharbeit. Das System hat Potenzial zur Regelung oder Überwachung weiterer Prozessparameter und ist damit ein Meilenstein zur Entwicklung einer künftigen, vollautonomen Laserschneidmaschine.

Das Preisträgerprojekt 2022 hat die Bezeichnung „ScanFieldMonitor (SFM)“. Es wurde von Stefan Wolf, Abteilungsleiter Forschung und Entwicklung bei der PRIMES GmbH Pfungstadt, und seinem Team als Werkzeug für die Laser-Scanner-Charakterisierung entwickelt. Anlass der Entwicklung war eine Vielzahl neuer Anwendungen im Bereich der additiven Fertigung und E-Mobilität. Das patentierte Messprinzip ermöglicht die Messung von Laserstrahlparametern durch das Scannen von Vektoren. Die daraus resultierende Laser-Scanner-Charakterisierung liefert alle geometrischen und laserbezogenen Parameter, die für Remote-Anwendungen relevant sind. Im gleichen Arbeitsgang werden Strahlposition und Bewegung der Laser-Scanner-Einheit im Scanbereich bestimmt. Die Qualität des Messprinzip des SFM zeigt sich immer dann, wenn das Verhalten des Lasers in einer Bewegung eine Rolle spielt.

Zweite Preise

Das Projekt, dass mit dem zweiten Preis 2020 ausgezeichnet wurde, wird bei der Bombenentschärfung eingesetzt. Die Innovation mit dem Titel „Neue Laserlösung zur Entschärfung von Kampfmittel-Blindgängern (UXO) durch Einsatz eines 3D-gedruckten Einwegwerkzeugkopfs“ wurde von Dr. Oliver Meier, Geschäftsführender Gesellschafter der LASER on demand GmbH, Burgdorf, gemeinsam mit dem Laser Zentrum Hannover e.V. und dem Kampfmittelräumdienst der Feuerwehr Hamburg entwickelt. Der neue Ansatz besteht darin, durch einen Laserkerbprozess im zylindrischen Abschnitt der Bombenhülle eine definierte Schwächung zu erzeugen, die dann Druck und damit die Detonationskraft der Bombe reduziert. Anschließend wird durch einen kontrollierten geringen Energieeintrag eine Verpuffung ausgelöst, die die Hülle an der Kerbe aufreißen und den Zünder auswerfen soll. Ein essenzielles Element des Projektes ist der Einsatz von optischen Standardkomponenten zu erschwinglichem Preis. Wenn es bei der Bombenentschärfung zu Beschädigungen kommt, was nicht unwahrscheinlich ist, können die Komponenten leicht ersetzt werden.

Der zweite Preis 2022 geht an das Projekt „Innovative Oberflächen durch Hochgeschwindigkeits-Laser-Biomimetik“ von Dr. Tim Kunze, Geschäftsführer der Fusion Bionic GmbH, Dresden, und seinem Team. Funktionelle technische Oberflächen werden bislang überwiegend durch Beschichtungen und lithografische Verfahren hergestellt. Die Potenziale dieser Techniken sind begrenzt, die Direkte Laserinterferenztechnologie (engl. Direct Laser Interference Patterning DLIP) bietet ganz neue, grenzenlose Möglichkeiten der Oberflächenveredelung. Zum Beispiel können Oberflächen geschaffen werden, an denen Eis nicht haften bleibt (Anti-Icing z.B. für die Luftfahrt), oder Implantate, die dank ihrer biokompatiblen und antibakteriellen Oberflächen vom Körper besser angenommen werden. Fusion Bionic hat auf Basis von DLIP Hochdurchsatz-Fertigungssysteme entwickelt, die kompakt, robust und bis zu 10mal schneller sind als etablierte Verfahren. Ohne zusätzliche Schritte oder Chemikalien schaffen diese DLIP-Module Mikro- und Nanotexturen auf der Oberfläche mit Geschwindigkeiten von bis zu 1 m2/min.

Dritte Preise

„Unlimited flexibility for short pulse laser applications – Unbegrenzte Flexibilität für Kurzpulslaseranwendungen“ bietet das neoMOS „SMART“ Lasersystem. Das von Dr. Maik Frede von der neoLASE GmbH in Hannover entwickelte System setzt die Philosophie der Entwicklung neuer Anwendungen in der Lasermikrobearbeitung durch den flexiblen Einsatz von Kurzpulslasern um. Der integrierte Ultrakurzpulslaser für die Materialbearbeitung ermöglicht Pulsdauern von Nano- bis Femtosekunden oder eine Kombination unterschiedlicher Pulsdauern im selben Prozess. Basis dafür ist eine neuartige Verstärkertechnologie. Kombiniert mit einer modularen MOPA-Plattform ermöglicht es die „Open-Source“-Philosophie, nur einen Teil des Lasers (Seeder) zu tauschen, um komplett neue Laserparameter einzurichten. Unterschiedliche Seed-Laser ermöglichen die Änderung von Pulsdauern, Wiederholungsraten oder Pulsdauern aus demselben Lasersystem. Es ist ein Beispiel für eine neue Maschinengeneration, die die Funktionalität mehrerer Lasersysteme in nur einer Maschine vereint.

Das 2022 ebenfalls ausgezeichnete Projekt von Thibault Bautze-Scherff, dem Leiter Vertrieb der Blackbird Robotersysteme GmbH, Garching b. München, hat den Titel „Endlich vereint: OCT-basierte Prozessüberwachung und Scanner-basiertes on-the-fly Laserschweißen“. Die gemeinsame Entwicklung von Blackbird und der SCANLAB GmbH, Puchheim, vereint alle klassischen Überwachungsaufgaben beim Laserschweißen in einem Tool. Die Kombination aus on-the-fly-Funktionalität, Haupt- und OCT-Scanner und OCT-Sensor ist über eine gemeinsame Benutzeroberfläche zugänglich. Das System bietet die immer mehr nachgefragte Flexibilität in Produktionslinien, um beispielsweise verschiedene Teile in einer Station zu schweißen, die jeweils ihre eigenen Anforderungen an die Prozessüberwachung haben.