Die Weiterentwicklung ultrakurzer Laserpulse (UKP-Laser) von einem Mittel der Forschung zum erfolgreichen Werkzeug der Serienproduktion wurde 2013 mit dem Deutschen Zukunftspreis des Bundespräsidenten für Technik und Innovation bedacht. Einem Forscherteam am Institut für Strahlwerkzeuge (IFSW) der Universität Stuttgart ist nun ein weiterer Erfolg auf diesem für die hochpräzise Materialbearbeitung so wichtig gewordenen Technologiefeld gelungen:
Die Wissenschaftler bearbeiteten erstmals carbonfaserverstärkte Kunststoffe (CFK) mit einem Laser der Pulsdauer 8 ps bei einer mittleren Leistung von bis zu 1,4 kW und Pulsenergien von bis zu 4,5 mJ. Diese Kombination konnte weltweit erstmals erreicht werden. Die hohen Pulsenergien sind für viele Anwendungen und speziell für die Bearbeitung von CFK günstiger als eine hohe Pulsfrequenz.

Die neuartige Laserquelle wurde am IFSW im Rahmen eines durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Kooperationsprojektes mit Trumpf Laser entwickelt. Diese Quelle ermöglicht die Erhöhung der mittleren Leistung durch eine Verstärkung der Pulsenergie mittels eines IFSW-Scheibenlasermoduls und einer raffinierten Anordnung von Spiegeln in einem so genannten Multipassverstärker.

»Bereits die Strahlquelle selbst stellte einen neuen Weltrekord dar. Sie erlaubt aufgrund der einzigartigen Kombination aus ultrakurzen Pulsen hoher Energie und einer mittleren Leistung im Kilowatt-Bereich hochpräzise Bearbeitungsprozesse mit nie dagewesener Produktivität«, erklärt der Leiter des IFSW und Prorektor für Wissens- und Technologietransfer der Universität Stuttgart, Prof. Thomas Graf.

In ersten Experimenten wurde diese Laserquelle nun zur Bearbeitung verschiedener Materialien eingesetzt. Im Vordergrund stand dabei das Trennen und Bohren Carbon-verstärkter Kunststoffe, wo eine Leistungssteigerung für industrielle Anwendungen im Flugzeug- und Automobilbau besonders wichtig ist.
Am IFSW wird mit Unterstützung der Baden-Württemberg-Stiftung schon seit langem an den grundlegenden Einflussgrößen bei der Laserbearbeitung von CFK sowie mit BMBF-Förderung an der Umsetzung in industrielle Anwendungen geforscht. Deshalb konnten bereits in den ersten Versuchen sehr gute Resultate erzielt werden.

Für das IFSW ist dieser Erfolg auch deshalb von großer Bedeutung, weil er die erfolgreiche Zusammenarbeit zwischen Laser- und Verfahrensentwicklung aufzeigt. Details zu der Laserquelle und den hier beschriebenen Resultaten sowie neueste Experimente werden auch an den Stuttgarter Laser Tagen SLT’14 am 24. und 25. Juni 2014 auf der Messe Stuttgart vorgestellt.