Forschungsprojekte

MASTER

Multiapertur Ultrakurzpulslaser- und Scantechnik für den Einsatz in der Hochrate-Lasermaterialbearbeitung

Teilvorhaben: Hochgeschwindigkeits-Multiapertur-Polygonscansystem

Motivation:
Ultrakurzpulslaser (UKP) haben sich als universelles Werkzeug in der Lasermaterialbearbeitung durch gute Qualität und geringe Wärmebelastung bewährt. Mit Ultrakurzpulslasern lassen sich beispielsweise mit Lasermikrobohren, Laserfein-schneiden, oder der Laseroberflächenbearbeitung mikroskalige Strukturabmessungen präzise und nahezu schmelzfrei fertigen. Zur Etablierung der UKP-Technologie in der Produktion müssen die UKP-Laserquellen selbst sowie die Systemtechnik und der Prozess an die Bedürfnisse der Endanwender angepasst und die Wirtschaftlichkeit gegenüber etablierten Bearbeitungsverfahren erhöht werden.

Ziele und Vorgehen:
Seitens Active Fiber Systems wird eine Kilowatt-UKP-Laserquelle erforscht, die sich schnell auf zwei verschiedene Ausgänge schalten lässt. Beide Strahlwege führen durch einen neuen Polygonscanner der Firma MOEWE, der die Totzeit während des Facettenwechsels am Polygonspiegel überwinden kann. Die fast verlustfreie Strahldistribution erfolgt im selben Scanfeld mit bis zu 1.000 m/s. An der Hochschule Mittweida wird das neue System zu Prozessuntersuchungen genutzt, die durch die Anwendung des assoziierten Partners nah am industriellen Bedarf orientiert sind. Die Substitution eines nasschemischen Verfahrens durch den Laser und die Widerstandsverminderung adressieren dabei ökonomische und ökologische Ziele.

Innovation und Perspektiven:
Die Überwindung der Totzeit des Scanners erlaubt erstmals die fast verlustfreie Lasermaterialbearbeitung mit Hochleistungs-UKP-Lasern (1 kW) bei extrem hohen Ablenkgeschwindigkeiten bis 1.000 m/s. Dadurch werden neue Prozessraten im Bereich der UKP-Bearbeitung erschlossen, die zur Steigerung der Produktivität führen. Die neuartige Technologie erlaubt dabei sowohl die Skalierung bestehender Laserprozesse zu höherem Durchsatz als auch die Erschließung neuer Anwendungsfelder für die Lasertechnologie z.B. Energiesektor, Automotive, Luft- und Raumfahrt, Medizin und Biotechnologie, Architektur und Elektronik.

Partner:
Active Fiber Systems GmbH, Ernst-Ruska-Ring 17, 07745 Jena
Hochschule Mittweida University of Applied Sciences, Technikumplatz 17, 09648 Mittweida
Siemens Energy Global GmbH & Co. KG
MOEWE Optical Solutions GmbH, Schillerstraße 10, 09648 Mittweida

Das Projekt wird vom Bundeministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 13N15882 gefördert.

WIR! GRAVOmer HoluMi 3D

Hochdynamische Lasertechnologie zur ultraschnellen, präzisen Mikrostrukturierung von dreidimensionalen Oberflächen

Teilvorhaben: Anlagentechnologie

Ultrakurzpulslaser (UKP Laser) eignen sich besonders gut für die hochpräzise Mikrobearbeitung von Oberflächen. Durch die kurzen Laserpulse ist diese nur geringer thermischer Belastung ausgesetzt, so dass besonders fein und präzise Material abgetragen werden kann. Problem der UKP Laser Bearbeitung ist, dass bislang nur geringe Bearbeitungsgeschwindigkeiten erzielt und Leistungen umgesetzt werden konnten und somit eine wirtschaftliche Mikrostrukturierung großer Flächen faktisch nicht umzusetzen ist.

An diesen technologischen Grenzen setzt das geplante FuE Vorhaben an und verfolgt das Ziel einer innovativen Laserbearbeitungsanlage, die durch Einsatz neuer Hochleistungs-UKP Laser und eines neuartigen Polygonscanners erstmals eine hochpräzise dreidimensionale Bearbeitung großflächig und gleichzeitig sehr präzise Mikrostrukturen auf dreidimensional geformten Oberflächen z. B. vorstrukturierten Prägewalzen, Spritzguss oder Umformwerkzeugen ermöglichen soll. Durch diese Technologie soll die wirtschaftliche Funktionalisierung von Bauteilen zur Optimierung und gezielten
Anpassung von Design, Reibung, Optik und Haptik, Schmutzanhaftung oder Zellwachstum mittels dreidimensionalen Mikro und Nanostrukturen ermöglicht werden.

Partner:
ACSYS Lasertechnik GmbH, Leibnitzstraße 9, 70806 Kornwestheim
Laserinstitut Hochschule Mittweida, Schillerstraße 10, 09648 Mittweida
MOEWE Optical Solutions GmbH, Schillerstraße 10, 09648 Mittweida

Das Projekt wird vom Bundeministerium für Bildung und Forschung unter dem Förderkennzeichen 03WIR2009B gefördert.

PoLariS

Produktionstechnologie für die Laserbearbeitung kristalliner Siliziumsolarzellen der nächsten Generation

Projektziel:
Das Ziel des Forschungsprojektes besteht in der Produktivitätssteigerung der laserbasierten Fertigung kristalliner Solarzellen. Insbesondere die Standzeit des Lasers soll auf ein Minimum reduziert werden. Dazu wird der Laserprozess auf einem kontinuierlich transportierten Wafer durchgeführt und die Lage des Werkstücks mit Kameras erfasst.

MOEWE entwickelt in diesem Projekt einen 2D Polygonspiegelscanner mit einer Zeilenscanfrequenz > 2 kHz für UV-Laserstrahlung (343 nm) primär für die großflächige Mikrostrukturierung kristalliner Solarzellen. Die Entwicklung umfasst ein neues Antriebskonzept für das schnell rotierende Polygonspiegelrad sowie die zugehörige Steuerungselektronik. Zur Adaption der Spiegelflächen an die UV-Wellenlänge müssen geeignete Beschichtungen untersucht werden. Der Scanner ist in der Lage, die Daten aus der Positionserkennung zu verarbeiten und dem bewegten Werkstück mit dem Laserstrahl zu folgen. Für höchste Präzision wird eine schnelle Strahlschaltung für arbiträre Pulsausgabe bei 50 MHz Pulswiederholrate durch Edgewave realisiert, die durch den Scanner gezielt angefordert wird. Ein auf den Polygonspiegelscanner abgestimmtes F-Theta-Objektiv wird durch Jenoptik entwickelt. Ein neu entwickelter Scanner wird durch das Fraunhofer ISE und die Firma InnoLas Solutions in eine bestehende Anlage oder einen neuen Demonstrator integriert. Aus dem praktischen Einsatz lassen sich Erkenntnisse zur Langzeitstabilität und zur Reproduzierbarkeit der schnellen Laserprozesse bei Auflösungen im Mikrometerbereich gewinnen. Anhand dieser Daten werden Optimierung durchgeführt.

Partner:
Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Heidenhofstrasse 2; 79110 Freiburg
JENOPTIK Optical Systems GmbH, Göschwitzer Straße 25 in 07745 Jena
EdgeWave GmbH, Carlo-Schmid-Str. 19, 52146 Würselen
InnoLas Solutions GmbH, Pionierstraße 6,82152 Krailling
MOEWE Optical Solutions GmbH, Schillerstraße 10, 09648 Mittweida

Das Projekt wird vom Bundeministerium für Wirtschaft und Energie im Forschungsvorhaben PoLariS unter dem Förderkennzeichen 03EE1008C gefördert.

Markteinführung Hochleistungspolygonspiegelscanner

Das Projekt fördert die Markteinführung eines innovativen ultraschnellen 2D-Polygonspiegelscanners, indem erstmals eine Nullserie in Form von drei Geräten realisiert wird. Die Geräte werden später in der Firma als Messemuster oder kostenfreie Demogeräte für Werbungzwecke eingesetzt.

Die Förderung umfasst weiterhin die Anmeldung von Schutzrechten auf die eigene geleistete Forschungs- und Entwicklungsarbeit, die Zertifizierung der Geräte durch externe Stellen und den Aufbau einer aussagekräftigen Webseite durch ein professionelles Designerteam.

Das Vorhaben wird mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.

Transfer

Der Kauf von Schutzrechten ermöglicht es MOEWE Optical Solutions GmbH, den an der Hochschule Mittweida entwickelten und auch bereits gebauten Polygonspiegelscanner, der die beiden Innovationen Pixeltakt und Doppelpolygon nutzt, industrietauglich weiterzuentwickeln und an den Markt zu bringen.

Die Innovationen erlauben einerseits die volle Digitalisierung des Gerätes (Pixeltakt), wodurch wesentlich höhere Genauigkeit und sehr gute Steuerbarkeit erreicht werden, und andererseits eine sehr kompakte Bauweise und die Nutzung hoher Laserstrahlleistungen bei gleichzeitig großem Strahldurchmesser und geringen optischen Verzerrungen (Doppelpolygon).

Das Vorhaben wird mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) gefördert.