Neben vielen anderen Bereichen bietet die Medizintechnik ein breit gefächertes Einsatzgebiet für den Laser. Mit ultrakurzen Laserpulsen lassen sich beispielsweise Stents schneiden oder chirurgische Instrumente markieren.
Ultrakurz sind Laserpulse mit Dauern im Bereich von Piko- und Femtosekunden. Derart kurze Pulse ermöglichen grundlegend andere Mechanismen der Wechselwirkung zwischen Laserstrahl und Material und erweitern so das Anwendungsgebiet der Lasertechnik. „Die kurze Dauer der Pulse ergibt sehr hohe Pulsspitzenleistungen und bei geeigneter Fokussierung extreme Leistungsdichten auf dem Werkstück von bis zu 1014 W/cm²“, erklärt Dr. Dirk Sutter, Leiter Forschung und Entwicklung Ultrakurzpulslaser bei der Trumpf Laser GmbH, Schramberg, und liefert auch gleich den Vergleich: „Für das Tiefschweißen von Stahlblech werden rund 106 W/cm² benötigt.“
Durch diese extremen Intensitäten wird das Material quasi instantan ionisiert und somit in den Plasmazustand überführt. Das entstehende Plasma steht unter einem sehr hohen Druck und expandiert daher von der Werkstoffoberfläche, wodurch ein Materialabtrag erreicht wird. Die überschüssige Energie wird dabei im Plasma transportiert und kann sich nicht durch Diffusion im umliegenden Material als Wärme ausbreiten. „So lässt sich die Entstehung einer Wärmeeinflusszone verhindern oder zumindest stark einschränken, so dass man im Zusammenhang mit ultrakurzen Laserpulsen auch von ‚kalter Bearbeitung’` spricht“, erläutert der Laser-Experte. Piko- und Femtosekundenlaser können also mit einer nochmals gesteigerten Präzision schneiden, bohren und abtragen, wenngleich die Prozessgeschwindigkeiten geringer sind als mit Nano-, Mikro- oder Millisekundenpulsen. „Damit wäre die mögliche Dimension des weitgehend ‚unbekannten Raumes‘ abgesteckt“, so Dr. Sutter.
Den ersten Schritt hinein in diesen Raum hatte Trumpf bereits zusammen mit Bosch und der Friedrich-Schiller-Universität Jena gewagt – und den Deutschen Zukunftspreis gewonnen. Im Rahmen der Zukunftspreis-Verleihung kamen weitere Schritte in den „unbekannten Raum“ zur Sprache, die für die Allgemeinheit greifbar sind, beispielsweise das Schneiden der bruchfesten Deckgläser moderner Smartphones und Tablets. Oder die Tatsache, dass medizinische Implantate wie Gefäßstützen, so genannte Stents, teilweise nur noch mit dem Ultrakurzpulslaser geschnitten werden können. Sein Produktportfolio präsentiert Trumpf auch auf der Lasys 2014 im Juni in Stuttgart.
Aber auch bei der Instrumentenherstellung kommen kurz gepulste Laser zum Einsatz. „Diese Laserklasse spielt ihr volles Potenzial erst dann aus, wenn das Gesamtsystem industrietauglich und anwendergerecht ist“, betont Eduard Fassbind, Geschäftsführer der Swisstec Micromachining AG aus Herisau. Deswegen basieren die schnellen und sehr präzisen Femtosekunden-Laseranlagen des Schweizer Anlagenbauers auch auf einem modularen Baukastenprinzip und lassen sich genau auf den Anwender zuschneiden. Sie wurden unter Gesichtspunkten wie Effizienz und „Green Energy“ entwickelt. Die neuesten Kompaktanlagen zeigt das Unternehmen ebenfalls auf der Stuttgarter Fachmesse für Laser-Materialbearbeitung.
Und weil die Ultrakurzpulslaser immer mehr aus den Labors in die industrielle Fertigung wandern, bieten sich hier ebenfalls neue Anwendungen. Mittlerweile werden sie beispielsweise bei der Bohrung von Leiterplatten eingesetzt. Wichtigste Anforderung an Laser- und Lasersysteme in der Halbleiterfertigung ist die Industrietauglichkeit auch bei harten Fertigungsbedingungen.
Die Bearbeitung von Glas stellt eine weitere Herausforderung dar. Deshalb sind auch die Hersteller von Glasbearbeitungsmaschinen und Lasersystemen gefordert, geeignete Verfahren zu entwickeln, welche die charakteristischen Eigenschaften von Glas meistern. „Das Beschriften und Bohren von Glas mittels Laser hat sich schon etabliert“, berichtet Norbert Höppe, Vertriebsleiter Lasersystemtechnik bei Reis Robotics, „die Prozesse des Laserschneidens und -fügens hingegen sind bei Glas in weiten Teilen noch nicht so intensiv erforscht wie bei Metallen oder Kunststoffen.“
Denn gerade durch die Eigenheiten des Glases bringt die Laserbearbeitung immense Vorteile gegenüber konventionellen Verfahren. „Es lassen sich etwa abnutzungsfreie Beschriftungen sogar innerhalb des Glases erzeugen, was bei medizintechnischen Anwendungen sehr hilfreich ist, da keine Tinte verwendet werden darf und besondere hygienische Bedingungen erfüllt werden müssen“, sagt Petra Wallenta, Marketing Communication Managerin Europe bei Coherent Laser Systems. Außerdem kann die Beschriftung in der Serienfertigung von Produkt zu Produkt mühelos geändert werden in Größe, Stil oder Inhalt. Und die Markierungen sind fälschungssicher. Coherent zeigt auf der Lasys Lasersysteme für das Markieren von extrem dünnem Displayglas sowie für Identifikationskennzeichnungen. su
Ihr Stichwort
- Industrielle Fertigung
- Bearbeitung transparenter Materialien möglich
- Effizienz und Green Energy
- Leiterplattenbohren
Lasertechnik in Stuttgart
Der Materialbearbeitung mit dem Werkzeug Licht ein anwendungsbezogenes Forum zu bieten, hat sich die Messe Stuttgart auf die Fahne geschrieben und hat 2008 die internationale Fachmesse Lasys für Laser-Materialbearbeitung ins Leben gerufen. Sie findet seither im Zweijahres-Turnus statt und wird heuer vom 24. bis 26. Juni das vierte Mal veranstaltet. Die Messe zeigt auf dem Stuttgarter Messegelände das gesamte Anwendungsspektrum des Lasers in der Materialbearbeitung, spezielle Anwendungsfelder und neue Einsatzgebiete sowie neueste Innovationen. Maschinen, Verfahren und Dienstleistungen stehen eindeutig im Rampenlicht der Lasys 2014. Der Fachbereich Laser und Lasersysteme für die Materialbearbeitung im VDMA ist ideeller Träger der Messe und unterstützt das Konzept mit seinem Branchen-Know-how.
Die Landesmesse Stuttgart GmbH (LMS) erwarten rund 200 Aussteller – von ihnen sollen mehr als 30 % aus dem Ausland kommen. Dafür stehen in Halle 4 etwa 10 000 Bruttoquadratmeter zur Verfügung. Zum Rahmenprogramm der Lasys gehören unter anderem die Stuttgarter Lasertage (SLT) mit Beiträgen namhafter Vertreter aus Industrie und Wissenschaft zu aktuellen Trends der Lasertechnik und Best-practice-Beispielen.
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