„Wir sind zwar nicht die Einzigen, die großflächige Lasermikrobearbeitung betreiben“, erklärt Geschäftsführer Dr. Joachim Ryll, „aber unser Ansatz ist einzigartig. Unser Ziel ist es, auf einer einzigen großen Anlage Flächen parallel und individualisiert zu strukturieren.“ Dies ist besonders relevant, da die Nachfrage nach Oberflächenstrukturierung ohne chemische Substanzen steigt. Ursachen sind zunehmende umweltrechtliche Einschränkungen und Verordnungen, die den Einsatz von Chemikalien begrenzen. Der Ultrakurzpuls-Laser bietet hierfür eine nachhaltige Alternative. Bisher wurden UKP-Laser hauptsächlich für kleinflächige Anwendungen genutzt, doch bereits jetzt gibt es Lösungen, die Flächen im Quadratmeterbereich für Flachglas, Foliensubstrate und Prägewalzen effektiv bearbeiten.
Mehrere Stationen parallel im Einsatz
Auf Brückentechnologie der besonderen Art setzen die Nordrhein-Westfalen bei ihrem Gantrysystem RDX2800: Es ist mit seinen Maschinenmodulen nach dem Baukastensystem aufgebaut. Jedes Modul kann Flachbauteile bis zu 2,5×1,5m mit UKP-Lasern präzise bearbeiten. Pulsar reiht mehrere Module hintereinander und kann so größere Bauteile bearbeiten, die deutlich über zehn Quadratmetern liegen. Innerhalb eines Maschinenmoduls erlauben mehrere Arbeitsstationen sowohl die individualisierte Einzelstrahl- als auch die Multistrahlbearbeitung. Dabei lassen sich insgesamt mehr als tausend Laserstrahlen gleichzeitig einsetzen.
Im EU-Infrastrukturprojekt NextGenBat zeigten die Aachener bereits, wie sich die Produktivität der Lasermikrobearbeitung erheblich steigern lässt. Sie entwickelten eine Rolle-zu-Rolle-Anlage, die Elektroden für Lithiumionen-Zellen trocknet und strukturiert. Die ‚MultiBeamMultiScanner‘-Optik teilt dabei die Laserleistung in mehrere Teilstrahlen, um effizienter zu arbeiten. Den ersten Schritt zum Modulbaukasten macht das Unternehmen nun mit einem Pilotkunden.
Pulsar Photonics …
… ist ein Hightech-Unternehmen in der Lasertechnik mit knapp 100 Mitarbeitenden. Das Leistungsspektrum umfasst das Laseranwendungszentrum, den Anlagenbau mit Software-Entwicklung sowie die Sparte Laser-Systemtechnik. Das Unternehmen beschäftigt sich seit der Gründung intensiv mit Skalierungsansätzen für die Produktion. Für Kunden werden dafür exklusiv Leistungen von der professionellen Anwendungsentwicklung über das Ramp-up bis zum Aufbau automatischer Produktionsmaschinen mit Service und Knowhow-Transfer abgebildet. Kernprozesse sind das Strukturieren, Bohren und Präzisionsschneiden. Pulsar Photonics hat den Hauptsitz in Aachen und ist seit 2021 Teil der Schunk Group.
„Die industrielle Umsetzung im großen Maßstab ist der besondere Reiz“, erklärt Dr. Ryll. Geplant ist für den Pilotkunden eine Anlage, in der mehrere miteinander verkettete Arbeitsstationen die über zehn Quadratmeter große Oberfläche von flachen Bauteilen mit UKP-Laser und Multistrahltechnik mit mehreren Teilstrahlen präzise aufrauen und strukturieren.
Hochgenaue Justierung entscheidend
Die Lasermikrobearbeitung steht und fällt mit der Strahlführung vom Laser zum Werkstück. „Da es sich um hochenergetische Strahlung handelt, kommt eine Führung durch Fasern aufgrund der damit verbundenen Verluste derzeit nicht infrage“, erläutert Dr. Ryll. „Deshalb nutzen wir den Freistrahl, um diese Herausforderung zu bewältigen.“ Weil aber selbst geringfügige Winkelfehler in der Laserbearbeitung eventuell für signifikante Strukturabweichungen sorgen, ist extrem präzise Justierung und Kalibrierung der Scan- und Koordinaten-Geräte gefragt.
Die Präzision der Lasermikrobearbeitung hängt darüber hinaus wesentlich von einem durchdachten Daten- und Wärmemanagement ab. Es ist entscheidend, dass die Arbeitsstationen in Echtzeit korrekt mit Daten versorgt werden: Die Echtzeit-Online-Überwachung ist für den Betrieb der Anlage daher von zentraler Bedeutung.
Nachhaltig, präzise und ultrakurz
Vielfältige Anwendungen im XXL-Format
Aufbauend auf dieser fortschrittlichen Entwicklung arbeitet das Spin-off des Fraunhofer ILT bereits in Dimensionen, die zehn Quadratmeter deutlich überschreiten. Ziel sind laut dem Geschäftsführer Technologien, mit denen sich Flächen von 100 Quadratmetern oder mehr bearbeiten lassen.
Ein Bedarf an möglichen Anwendungen für Lasermikrobearbeitung im XXL-Format ist hoch: Sie reicht laut Dr. Joachim Ryll von der Vorbereitung von Oberflächen für Klebe- und Beschichtungsprozesse über die großflächige Werkzeugbearbeitung und Mikro- sowie Nanostrukturierung bis hin zur Herstellung großformatiger Siebe.
