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Femtosekundenlaser macht Feinarbeit


Ultrakurzpulslaser werden zum Mikroschneiden, -bohren oder zur Oberflächenstrukturierung eingesetzt. Neue Ytterbium-dotierte Fasern steigern die Leistungsfähigkeit und die Zuverlässigkeit von Femto-sekundenlasern nochmals – und das bei geringen Betriebskosten.

Bild 1. Stentschneiden mit einem Femtosekundenlaser
[zum Vergrößern in das Bild Klicken]

In den vergangenen Jahren erfolgte die Materialbearbeitung verstärkt mit gepulsten Lasern. Deren Vorteile sind unter anderem: kein Werkzeugverschleiß, keine Nasschemikalien sowie eine hohe Flexibilität bei der CAD/CAM-Software.

 

In der Mikromaterialbearbeitung geht es darum, eine hohe räumliche Auflösung (zum Beispiel in Mikrometern) zu erreichen und periphere thermische Schäden wie Schmelzen oder Mikrorisse im umgebenden Material – der sogenannten Wärmeeinflusszone (WEZ) – zu minimieren. Zudem gilt es, Prozessparameter zu verwenden, die Materialrückstände und -verformungen reduzieren, was zu glatten Oberflächen führt und eine Nachbearbeitung wie das Reinigen oder Polieren überflüssig macht. Oftmals ist eine höhere Auflösung notwendig, um eine Miniaturisierung oder höhere Funktionalität zu realisieren. Einfach ausgedrückt: Kürzere Pulse können kleinere Merkmale bearbeiten (Bild 1).

 

Bisher wird bei den meisten Aufgaben der Laser-Mikromaterialbearbeitung eine Strahlquelle mit einer Pulsdauer von 40 bis 60 ns eingesetzt. Eine Nanosekunde ist ein Milliardstel einer Sekunde (10-9 s). Geht es jedoch darum, Löcher und Schlitze kleiner als 10 μm zu erzeugen beziehungsweise dünne, spröde oder empfindliche Substrate zu bearbeiten oder Schnitte mit sehr glatten Kanten zu liefern, beispielsweise bei medizinischen Stents oder beim Glas für Touchscreen-Displays, dann sind diese Nanosekundenlaser nicht mehr optimal geeignet. Diese Ziele lassen sich hingegen mit sogenannten Ultrakurzpuls-(UKP-)Lasern erreichen.

 

 

UKP-Laser zur Materialbearbeitung Bislang wurden bei den meisten Anwendungen der Mikromaterialbearbeitung UKP-Laser mit Pulsbreiten im Pikosekundenbereich (ps) eingesetzt, wobei eine Pikosekunde 10-12 s entspricht. Ein Beispiel hierfür ist die Serie ›HyperRapid NX‹ von Coherent. Die ultrakurze Pulsdauer bewirkt, dass das verdampfte Material unerwünschte Wärme wegführt, bevor sich diese in das umgebende Material ausbreiten und eine WEZ verursachen kann. Zusätzlich besteht das abgetragene Material aus sehr kleinen Partikeln − in den häufigsten Materialien skaliert die Partikelgröße mit der Pulsbreite. Dies bedeutet, dass Pikosekunden-Laserpulse in den meisten Anwendungen keine Rückstände erzeugen und saubere, glatte Oberflächen hinterlassen. Derartige Laser zeichnen sich durch deutlich geringere Pulsenergien als Nanosekundenlaser aus, jedoch mit sehr hohen Pulswiederholraten − meist zwischen 0,4 und 50 MHz. Solch hohe Pulsraten liefern Gesamtabtragsraten, die bei vielen Zielmaterialien einen praxistauglichen Durchsatz ermöglichen (Bild 2).

 

 

Hersteller:
Coherent
64807 Dieburg
Tel. +49 6071 968-0
sales.germany[at]coherent.com
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