Eine beispiellose Erfolgsgeschichte

Vor 50 Jahren entwickelte der amerikanische Physiker Theodore Maiman den ersten funktionstüchtigen Laser – und legte damit den Grundstein für einen beispiellosen Siegeszug durch praktisch alle Sparten der Technik. Den runden Geburtstag nahmen wir zum Anlass, um führende Experten der Laserbranche nach den wesentlichen Meilensteinen und der Zukunft der industriellen Lasertechnik sowie nach den kommenden Strahlquellen und Bearbeitungen zu fragen. gk

Was waren für Sie die wesentlichen Meilensteine der industriellen Lasertechnik?

Die Technologie der industriellen Laser-Materialbearbeitung geht zurück auf die Anfangstage der Lasertechnik vor 50 Jahren, kurz nachdem die Funktion des Lasers nachgewiesen werden konnte. Dies untermauert ein kurzer Blick in die Entwicklungslabors der 60er Jahre. Nachdem Ted Maiman als erster einen funktionsfähigen Maser vorgestellt hatte, aus dem schon bald der Laser wurde, erhöhten andere US-Rüstungsunternehmen massiv ihre Entwicklungsaktivitäten, um sich ihren Anteil an der Finanzierung durch die US-Regierung zu sichern. Es folgte eine Zeit schneller Forschritte in der Lasertechnologie, und fast jede Woche wurden neue wissenschaftliche Ergebnisse präsentiert. Für alle, die mit dem neuen Werkzeug arbeiten durften, war es eine aufregende Zeit. Die Ingenieure und Wissenschaftler der verschiedenen Unternehmen übertrafen sich in ihren Spekulationen, wie sich diese potenziell leistungsfähige Energiequelle in Zukunft nutzen lassen könnte – anfangs noch ohne konkrete Ergebnisse. Beliebt war deshalb die Definition des Lasers als „Lösung auf der Suche nach einem Problem“.

Aus diesen Spekulationen entwickelte sich die Idee, den Laser als Ersatz für die Energiequellen zu nutzen, die damals für die Materialbearbeitung eingesetzt wurden. Eine der ersten Anwendungen war das Bohren kleinster Löcher – entstanden aus der gängigen Praxis zur Leistungsmessung der ersten Laserstrahlquellen. Denn zum Vergleich verschiedener Laser bohrten die Ingenieure einfach Löcher in einen Zehnerpack Rasierklingen und zählten die durchbohrten Klingen. So wurde denn auch die erreichte Energie der ersten Strahlquellen nicht in Kilowatt, sondern in „Gilettes“ angegeben.

Innerhalb der ersten fünf Jahre nach der Premiere entstanden erste kommerzielle Anwendungen der Lasertechnik zum hermetischen Abdichten von Dosen und zum Schweißen von Federn für Uhrwerke. Dies legte die Basis für die industrielle Laser-Materialbearbeitung in den verarbeitenden Betrieben.

In den frühen 70er Jahren kamen mit der wachsenden Laserleistung weitere industrielle Anwendungen hinzu: das Bohren von Turbinenschaufeln, das Justieren von Mikro-Schaltkreisen und das Laser-Markieren. In den folgenden Jahren bewegten sich die Anwendungen in Richtung größerer Materialstärken und feinerer Strukturen. Dazu kamen neue Bearbeitungen wie das Schweißen von Tailored Blanks, das Beschichten und das Schneiden von Stents. Dies führte zu einem Markt für industrielle Systeme für die Lasermaterialbearbeitung, der vor der Krise ein Volumen von rund acht Milliarden US-Dollar erreichte.

Wie schätzen Sie die Zukunft der industriellen Lasertechnik ein?

Industrielle Lasersysteme tragen einen zunehmend höheren Anteil zum weltweiten Werkzeugmaschinenmarkt bei, denn die berührungslose, extrem schnelle und mit einer geringen Wärmeeinbringung arbeitende Materialbearbeitung findet immer mehr Freunde. Und ein Ende dieser Entwicklung ist nicht absehbar. So bestätigt eine Analyse der wesentlichen Einsatzbereiche Schneiden, Schweißen, Bohren, Markieren und Oberflächenbearbeitung, dass sich keiner dieser Bereiche bei der Installation neuer Anlagen der Sättigungsgrenze nähert. Interessant dabei ist zudem, dass sich viele Applikationen, welche die industrielle Lasermaterialbearbeitung in der nahen Zukunft antreiben werden, gerade jetzt einer breiten Akzeptanz in der Industrie nähern. Logischer Schluss: Es gibt genug Raum für weitere Expansion.

Laser haben ihren Anspruch als einzigartiges Werkzeug zur Materialbearbeitung untermauert. Sie haben nicht nur viele konventionelle Verfahren ersetzt, sie sind für viele Bearbeitungen auch die einzige praktikabel Lösung. In der jüngeren Geschichte der industriellen Lasertechnik gibt es keinen einzigen Fall, in dem der Laser in einer nennenswerten Anwendung durch eine andere Technologie ersetzt worden wäre. Dies lässt erwarten, dass die industriellen Laser und Lasersysteme das durchschnittliche jährliche Wachstum von zwölf Prozent auf absehbare Zeit fortsetzen werden.

Welche Strahlquellen und welche Bearbeitungen werden Ihrer Überzeugung nach den industriellen Lasereinsatz in den nächsten Jahren prägen?

Industrielle Laseranwendungen sind stark leistungsabhängig. Deshalb wird die steigende Leistung auch weiterhin das Schneiden dickerer Materialien mit höheren Geschwindigkeiten möglich machen. Das klassische Beispiel ist das Schneiden von Metall, bei dem die steigende Leistung der Strahlquellen den Einsatzbereich des Verfahrens auf Blechdicken erweitert hat, bei denen der Laser mit konventionellen Plasmaschneidanlagen konkurriert.

Die gesteigerte Strahlqualität hat die Energiedichte im fokussierten Laserstrahl erhöht und macht damit noch feinere und detailliertere Prozesse möglich. Neue Lasertechnologien in alternativen Wellenlängen erlauben die Bearbeitung neuer und zuvor nur schwer bearbeitbarer Werkstoffe. So versprechen die Fortschritte bei Ultra-Kurzpulslasern und die Bearbeitung von Materialien mit grünen oder ultravioletten Wellenlängen neue Wachstumschancen für die Zukunft und einen steigenden Anteil der Anwendung rund um die Mikro-Materialbearbeitung.

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