F wie Femtosekundenlaser
Femtosekundenlaser sind seit einigen Jahren auf dem Markt und beweisen Ihre Vorzüge in immer mehr Bereichen und Anwendungen. Egal ob in der Industrie, der Medizinbranche, der allgemeinen Materialbearbeitung oder Forschung – die Möglichkeiten, Vorteile und auch Nachteile von Femtosekundenlasern im Allgemein möchten wir Ihnen in diesem Artikel erläutern.
Hochpräzise 3D-Lasergravur in 1.2436 Chromstahl.
Die 3D Lasergravur wurde anschließend mit einem Laserreinigungsparameter bearbeitet und geglättet. Als Strahlquelle wurde ein Femtosekundenlaser verwendet. Im Bild ist eine Bleistiftspitze als direkter Vergleich zu sehen.
1. Was ist ein Femtosekundenlaser?
Femtosekundenlaser sind eine spezielle Art von Laser, die extrem kurze Pulsdauern im Femtosekundenbereich aufweisen. Im Vergleich zu anderen Lasertypen wie Faserlasern bieten sie eine höhere Intensität und Präzision. Durch ihre kurzen Pulsdauern ermöglichen sie die gezielte Bearbeitung von Materialien ohne unerwünschte thermische Effekte. Femtosekundenlaser eignen sich besonders gut für Anwendungen, die hohe Präzision und minimale Wärmeentwicklung erfordern. Sie sind äußerst vielseitig und können eine breite Palette von Werkstoffen wie Metalle, Keramiken, Halbleiter und Glas bearbeiten. Die Verwendung von Femtosekundenlasern bietet daher zahlreiche Vorteile und eröffnet vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Industriebereichen.
2. Wie unterscheidet sich der Femtosekundenlaser von anderen Lasertypen (z.B. Faserlaser)?
Der Femtosekundenlaser zeichnet sich durch seine hohe Präzision und kurze Pulsdauer aus. Im Vergleich zu Faserlasern ermöglicht er die Bearbeitung noch kleinerer Strukturen und bietet eine höhere Auflösung. Während Faserlaser typischerweise im Bereich von Nanosekunden pulsieren, arbeitet der Femtosekundenlaser mit Pulsdauern im Bereich von Femtosekunden. Dadurch erfolgt die Materialbearbeitung präziser und mit minimaler Wärmeentwicklung – der Wärmeeintrag in das Material wird nahezu eliminiert.
Testmuster zur Veranschaulichung der Bearbeitungsmöglichkeiten des Femtosekundenlasers.
Makro 3D Lasergravur mit μ-präzisen Gravurdetails in technischer Keramik mittels UKP Lasertechnologie.
3. Welche Vorteile bietet der Femtosekundenlaser?
Der Femtosekundenlaser bietet im Vergleich zu anderen Lasertypen wie dem Faserlaser eine Vielzahl von Vorteilen. Ein herausragender Vorteil ist seine extrem kurze Pulsdauer von nur wenigen Femtosekunden. Dadurch ermöglicht er eine präzise und schonende Materialbearbeitung, da die Wärmeentwicklung im Material nahezu auf null reduziert wird. Dies minimiert das Risiko von Verformungen oder Rissen im Material erheblich. Darüber hinaus zeichnet sich der Femtosekundenlaser durch seine Flexibilität bei der Materialauswahl aus. Er kann nahezu jedes Material bearbeiten, von Metallen über Kunststoffe bis hin zu Glas und Keramik. Diese Eigenschaft eröffnet eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen wie der Automobilindustrie, Elektronikindustrie und Medizintechnik.
4. Welche Nachteile hat der Femtosekundenlaser?
Im Vergleich zum Nanosekundenlaser (z.B. Faserlaser) ist der Femtosekundenlaser tendenziell teurer. Die Auswahl des geeigneten Lasers hängt von der spezifischen Anwendung ab. Während aktuelle Nanosekundenlaser eine sehr hohe Oberflächengüte erreichen (siehe Bild), können sie möglicherweise einen höheren Wärmeeintrag verursachen. Es lohnt sich immer, Tests mit beiden Laserquellen durchzuführen um die optimale Lösung zu finden.
Nano- und Femtosekundenlaser im direkten Vergleich: Das Plus an Präzision und Oberflächengüte lässt sich der Femtosekundenlaser gut bezahlen.
5. Welche Anwendungen gibt es für den Femtosekundenlaser?
Der Femtosekundenlaser hat sich in der industriellen Produktion als äußerst vielseitiges und leistungsfähiges Werkzeug etabliert. Dank seiner extrem kurzen Pulsdauer im Femtosekundenbereich ermöglicht er äußerst präzise Bearbeitungen, bei denen weder Wärme noch mechanischer Stress auf das Material übertragen werden (der Wärmeeintrag geht gegen null!). Dies macht den Femtosekundenlaser besonders geeignet für die Bearbeitung sehr empfindlicher Werkstoffe wie Keramik oder Polymere.
Aber auch Metalle können damit bearbeitet werden, zum Beispiel für hochpräzise Gravuren in der Schmuck- und Münzindustrie, die Herstellung von Mikro- und Nanostrukturen sowie für hochpräzise Bauteile in der Elektronik- und Medizintechnik. Weitere Anwendungen des Femtosekundenlasers finden sich in der Halbleiterindustrie, wo er zur Herstellung von Mikrochips eingesetzt wird, sowie in der Optikindustrie, wo er für die Herstellung von optischen Komponenten wie Linsen oder Spiegeln verwendet wird.
Makrolasergravur mittels Femtosekundenlaser in technischer Keramik.
Völlig neue Möglichkeiten bietet die neue Generation der Femtosekundenlaser. Im unteren Video sehen Sie eine technische Keramik, cremeweißfarben welche für Standardaufgaben im medizinischen Bereich aber auch in vielen weiteren industriellen Zweigen wie zum Beispiel der Luft- und Raumfahrt und der Automobilindustrie eingesetzt wird.
Im Applikations-Testlabor von OPTOGON haben wir die Grenzen der neuesten Generation der Femtosekundenlaser getestet:
μ-präzise Details in technischer Keramik mittels Femtosekundenlasertechnologie.
