Möglicherweise liegt es an der gemäßigten Klimazone. Als Mitarbeiter des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik im Vorjahr einen Rekord aufstellten, schlugen sie zumindest rhetorisch nicht auf den Putz. „Wir schalteten zwei Verstärkerstufen hintereinander – so erbrachten wir mit unserem Laser eine Pulsspitzenleistung von 80 Megawatt bei einer Pulsdauer von 600 Femtosekunden”, präsentierte Projektleiter Peter Rußbüldt damals scheinbar ungerührt das Zahlenwerk. Die Lasertechnikbranche war tief beeindruckt – noch mehr aber schlug die erzielte mittlere Leistung des Lasers ein. Erstmals gelang es den Forschern, mit einem Femtosekundenlaser (1 Femtosekunde = 1 Billiardstel Sekunde) in den Kilowattbereich vorzustoßen. Für die Halbleiter- oder LED-Fertigung – die bereits solche Laser einsetzt – tut sich damit ein verlockendes Szenario auf. Denn mit höherer mittlerer Leistung – derzeit liegt man hier mit Femtosekundenlasern gerade bei einigen Watt – könnte man in der Mikromaterialbearbeitung bisher unerreicht hohe Durchsätze realisieren. Noch ist dieser spezielle Femtosekundenlaser noch nicht reif für die Industrie. In einem Spin-off wird aber schon an der Umsetzung gearbeitet. Und auch der Laborlaser selbst läuft bereits „wochenlang stabil, ohne in Flammen aufzugehen”, sagt Rußbüldt augenzwinkernd.

Neuentwicklungen 2011.

Gepulste Laser – auch Ultrakurzpulslaser genannt – spielen dort ihre Stärken aus, wo Material geschnitten oder abgetragen wird. Je kürzer die Pulse, umso kleiner ist die Wärmeeindringtiefe – und umso feiner das Ergebnis. Mittlerweile ringen mehrere Hersteller wie Rofin-Baasel oder die österreichische High Q Laser um die Gunst des Industriekunden. Was die Käufer betrifft, treten die Hersteller wie Gralshüter auf – Namen werden nicht genannt. Im Produktionswerk Bamberg setzt Bosch die ultrakurzen Pulse bei der Justierung von Teilen im Abgasmanagement des Motors ein. „Der Laser brennt zudem nur einige Mikrometer breite Schlitze in die Einspritzkomponenten”, erzählt Bosch-Mann Jens König.
In dem Leistungsbereich, in den die Fraunhofer-Forscher vorstießen, sind die Hersteller jedenfalls noch nicht. Die Materialien, die solche Leistungen vertragen, müssten auch „erst gefunden werden”, meint dazu Roland Mayerhofer, Innovationsspezialist beim Starnberger Lasertechnikhersteller Rofin-Baasel. Doch die Deutschen planen ebenfalls noch heuer „eine Steigerung der mittleren Leistung des Lasers, die derzeit bei sechs Watt liegt”, verrät Mayerhofer. Damit könnte das Material schnellerer bearbeitet werden.
Seit fünf Jahren beschäftigen sich die Deutschen intensiv mit Ultrakurzpulslasern – der erste Vorstoß gelang mit dem langsameren Zehn-Pikosekundenlaser (1 Pikosekunde: Billionstel Sekunde). Bei Schneidanwendungen zeigte er „rasch Einschränkungen”, erzählt Mayerhofer. Das große Problem sei der Materialverzug. Er sei ein Ergebnis der Wärmeentwicklung. „Hält man die Pulsdauer aber unter einer Pikosekunde, vermindert das die Wärmeeinflusszone noch einmal deutlich”, berichtet Mayerhofer von günstigeren Bearbeitungsergebnissen mit dem Femtosekundenlaser.
Für die Produktion von Fertigungsmaschinen für medizinische Implantate gingen die Deutschen deshalb eine Partnerschaft mit dem kalifornischen Laserspezialisten Raydiance ein. Er liefert Femtosekundenlaser. "Das ist erst der Anfang der Reise”, kündigte damals Thomas Merk, Geschäftsführer Rofin Laser Micro und Laser Marking, an. Der Betrieb will mit genaueren Schneidelasern die Solarindustrie aufmischen.

Satte Wachstumsraten.
Besonders für die Bearbeitung von Edelstahlteilen eignet sich der Femtosekundenlaser laut Rofin-Baasel gut. Aber auch bei Materialien mit einer schlechten Wärmeeinflusszone wie Edeltitan oder Keramiken spiele er seine Stärken aus. “Dort haben wir mit ihm  bei gleicher Pulsenergie gegenüber dem Pikosekundenlaser einen doppelt so hohen Abtrag erreicht”, erklärt Mayerhofer. Der Betrieb will noch bis 2011 mit einem Laser mit höherer mittlerer Leistung nachlegen. Vermutlich der richtige Schritt – denn der Markt für Ultrakurzpulslaser ist in Bewegung geraten. Laut einer Branchenstudie liegen die jährlichen Wachstumsraten bei etwa 30 Prozent.

Fürsprache für Pikosekundenlaser.
An der Front befinden sich aber auch Hersteller, die einen anderen Weg eingeschlagen haben. Aus Anwendersicht gebe es laut  Sascha Weiler, Produktmanager für Mikrobearbeitungslaser bei Trumpf, keinen Grund, “in den Femtosekundenbereich vorzustoßen”. Das Argument des Mitbewerbs, nur dieserart polymere Stents schneiden zu können, wischt Weiler vom Tisch: “Unser Pikosekundenlaser ist sogar schneller”. Als Nachteil des Femtosekundenlasers führt er den komplizierteren Aufbau an. Die Pulse müssten mit einem optischen Gitter zeitlich gedehnt, verstärkt und wieder komprimiert werden. „Andernfalls kann es unschöne Effekte geben”, so Weiler.  
Schon 2000 startete der Laserhersteller in einem Forschungsprojekt mit Bosch und Daimler Untersuchungen an gepulsten Lasern. „Wie kurz muss es denn eigentlich sein, war damals die etwas esoterische Frage”, erinnert sich Weiler. Für Bohrungen bei Einspritzdüsen sei der Pikosekundenlaser der richtige technologische Begleiter, stellte sich damals heraus. Heute – mehr als zehn Jahre später – wird der Laser längst in Serie produziert. Sie sind unter 200.000 Euro zu haben. „Damit sind sie um ein gutes Drittel günstiger geworden – und preiswerter als Femtosekundenlaser”, erklärt Weiler. Für welche Pulsdauer sich Betriebe also auch entscheiden – preislich liegt man gegenüber früher – wie Aachen – in der gemäßigten Zone. Daniel Pohselt

Pikosekundenlaser versus Femtosekundenlaser

Wo der Pikosekundenlaser von Vorteil ist...
- bei höheren erforderlichen Abtragsraten
- bei geringerer Investitionsbereitschaft

Wo der Femtosekundenlaser von Vorteil ist...
- beim Schneiden mancher polymerer Werkstoffe
- bei Anwendungen mit einer schlechteren Wärmeeinflusszone (etwa Edeltitan).