Faserbasierte Strahlführung für Ultrakurzpuls-Laser in der Materialbearbeitung (FASULAM)

Problemstellung
UltrakurzpulsLaser (UKP-Laser) mit Pulsdauern von Piko- und Femtosekunden haben in den letzten Jahren völlig neue Möglichkeiten in der Materialbearbeitung eröffnet. Durch die extrem kurze Wechselwirkung von Laserpuls und Substrat erlauben sie die Bearbeitung praktisch jeden Materials ohne thermische Beeinflussung (sog. kalte Ablation). Damit sind hochpräzise Bearbeitungsergebnisse bspw. beim Schneiden, Strukturieren von Oberflächen oder Markieren möglich, die mit anderen Technologien unerreichbar sind. Ein großer Nachteil ist allerdings, dass auch Lichtleitfasern aus Glas unmittelbar zerstört werden und damit den Transport der Laserpulse in herkömmlichen Glasfasern unmöglich machen. Hier sind neue Lösungen für flexible Strahlübertragungssysteme gefordert, damit die Etablierung der UKP-Technologie in industriellen Anwendungen vorangebracht und Flexibilität und Produktivität der Lasersysteme gesteigert werden. Beispielsweise sollen wie in cw-Systemen Strahlführungen über Verteiler auf verschiedene Bearbeitungsstationen und über mehrachsige und rotierende Robotergelenke ermöglicht werden.

Verbundprojektziel
Ziel dieses Vorhabens ist es, erstmalig eine faserbasierte Strahlführung für den Transport von Ultrakurzpuls-Laserstrahlung in der industriellen Materialbearbeitung zu entwickeln und damit die Produktion mit dem UKP-Laser entscheidend voranzubringen. In FASULAM wird dazu erstens ein innovatives Strahlführungssystem konzipiert, das den Transport ultrakurzer Pulse auf Basis einer Hohlkernfaser ermöglicht. Zweitens werden eine dafür geeignete mikrostrukturierte Hohlkernfaser ausgelegt sowie die zur Herstellung erforderliche Anlagen- und Prozesstechnik entwickelt.

Vorgehensweise
Um diese Anforderungen zu lösen, wird eine mikrostrukturierte Hohlkernfaser auf eine robuste Fertigung hin optimiert. Dabei fließen gleichgewichtig sowohl neueste Ergebnisse grundlegender physikalischer Untersuchungen als auch technologische Aspekte zu Herstellung, Konfektionierung und Einsatz der Fasern ein. In Kombination mit neuer Anlagentechnik zur Preform- und Faser-herstellung soll so die reproduzierbare Produktion hochwertiger Hohlkernfasern für den industriellen Einsatz ermöglicht werden. Parallel dazu wird eine adaptive Strahlkopplung sowie eine innovative Technologie zur Faserkonfektionierung entwickelt, die den Einsatz der Fasern unter hohen thermischen und mechanischen Belastungen garantiert. Die Faser wird in ein flexibles Lichtleitkabel integriert und die Anwendung der kompletten Strahlführung prototypisch demonstriert und evaluiert.

Anwendungspotential und erwartete Ergebnisse
Für das Projektende wird ein prototypisches Strahlführungssystem für UPK-Laser mit Wellenlängen um 1064 Nanometer mit gesicherter Prozesskette für Material und Fertigung angestrebt. Mit Erreichen der Projektziele werden zudem mikrostrukturierte Hohlkernfasern herstellbar sein, die in großer Stückzahl beherrschbar und reprodu¬zierbar hergestellt werden können. Photonic Tools plant die Module der Strahlführungssystems anschließend herzustellen und zu vertreiben. Fibers and Technology kann Hohlkernfasern mit Mikrostrukturierung in das Produktprogramm aufnehmen und einem weiten Markt zugänglich machen.

• F & T Fibers and Technology GmbH
• Forschungsverbund Berlin e.V.
• PT Photonic Tools GmbH