LUXEMBURG
MARCO MENG

Was sich nicht binden will, fügt der Laser zusammen

Präzise und scharf wie ein Skalpell, das ist gebündeltes Licht mit gleicher Wellenlänge, besser bekannt unter der Bezeichnung „Laser“. Licht besteht aus Photonen, die weder Masse noch Ausdehnung, wohl aber Energie und Impuls besitzen. Dabei sind die Photonen stets mit der höchsten Geschwindigkeit, die erreichbar ist, unterwegs: Der Lichtgeschwindigkeit. Ohne das gebündelte Licht, das ein Laser herstellt und vor 60 Jahren entdeckt wurde, wäre vieles gar nicht möglich, was heute die Industrie tagtäglich produziert. So schnell könnten keine Autos hergestellt, so präzise keine Abstände gemessen oder feinmechanische Geräte in der Medizintechnik poliert werden.

Seit 2012 setzt man auch an der Universität Luxemburg auf Laser als Werkzeug. Das dortige Laser-Technologie-Kompetenzzentrum an der Fakultät für Naturwissenschaften, Technologie und Kommunikation auf dem Campus Kirchberg wird von Prof. Dr. Peter Plapper geleitet und vom Wirtschaftsministerium gefördert. Das Laserzentrum der Uni arbeitet nahezu mit allen Industriebetrieben im Land zusammen, vor allem mit jenen, die im Automotive und im Materials Cluster vertreten sind. Im Frühjahr will sich das Laserzentrum auch Unternehmen der gesamten Großregion vorstellen, seine Projekte und sein Können präsentieren.

Der Laser kann nicht alles, aber vieles

Forschungsmäßig hat sich das Kompetenzzentrum auf eine Nische fokussiert: mit Laser ungleiche Werkstoffe zusammenzufügen. Auf diesem Gebiet betreibt das Kompetenzzentrum Forschung und Lehre in enger Kooperation mit luxemburgischen Unternehmen, wie Prof. Plapper betont. Das Besondere am Laserschweißen: das Miteinander-Verbindung der Materialien erfolgt berührungslos, die Hitze kann ganz kontrolliert und punktgenau angebracht werden. „Kupfer und Aluminium lassen sich normalerweise nicht verschweißen“, sagt Prof. Plapper. Durch das Laserverfahren, das die Uni anwendet, funktioniert es doch, ähnlich wie sich dadurch auch Keramiken mit Stahl verbinden lassen. Mithilfe dar Lasertechnik kann das Ganze sogar vierdimensional gesteuert werden. So wird nicht nur bestimmt, in welche Hitze wo in welcher Länge und Breite Materialien verbunden werden, sondern auch die Tiefe kann bestimmt werden. Zudem kann an der „Abkühlkurve“ gespielt werden, quasi einer weiteren Dimension des Laserschweißens. Denn die Hitzeanbringung beeinflusst die Metallstruktur genauso wie die Abkühlung.

Und Kunststoff ist nicht gleich Kunststoff: Hier ist laut Prof. Plapper entscheidend, ob es Kunststoff ist, der beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie eingesetzt werden kann oder der mit Benzin in Berührung kommt. So experimentiert das Laserinstitut ständig, um für die jeweiligen Kunden maßgeschneiderte Lösung zu bieten. Dabei schneiden die Luxemburger nicht schlecht ab, wie Plapper erklärt. Das einzige Laserinstitut der Region hat nämlich bei Wettbewerben selbst renommierten Forschungseinrichtungen wie dem Fraunhofer Institut schon Aufträge abgeluchst.

Faserlaser auf dem Vormarsch

Schneiden, Schweißen, Härten

Einer der großen Hersteller von Laser für die industrielle Anwendung ist Fanuc. Das japanische Unternehmen hat seinen Europasitz in Echternach und vertreibt von dort aus Laser auf dem europäischen Markt. Kunden sind vor allem Hersteller von Maschinen zum Schneiden, Schweißen, Oberflächenbearbeiten und Härten, die den Fanuc-Laser in ihren Apparaturen integrieren.  „Das sind Hochleistungslaser für das Schneiden und Trennen oder das Verschweißen von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen“, erklärt Michael Kuhn, Laserspezialist von Fanuc.   Das Unternehmen produziert seit rund 30 Jahren CO2-Laser, also Gaslaser, die auch als 10-Mikro-Laser bezeichnet werden, deren Laserstrahlquellen im Infrarotbereich liegt. „Neuerdings haben wir auch Faser-Laser, deren Wellenlänge sich im Ein-Mikro-Bereich bewegen,  also nahes Infrarotlicht. Das ist der neue Hype auf dem Markt.“ Der Unterschied beider Laserarten bestehe unter anderem in der Möglichkeit, sie in Maschinen zu integrieren, erläutert Kuhn. „Der Unterschied liegt darin, wie man den Lichtstrahl führt“, sagt Kuhn. Beim CO2-Laser nehme man Spiegelsysteme, während beim Faserlaser der Vorteil sei, dass man das Laserlicht durch flexible Glasfasern führen könne. „Das macht den Charme des Faserlasers aus, weil man ihn dadurch viel leichter in Maschinen integrieren kann.“ Über Luxemburg vertreibt Fanuc im Jahr zwischen drei- und fünfhundert Laser, die zwischen 50.000 und 250.000 Euro kosten. Während die Nachfrage nach dem bisherigen „Zugpferd“ von Fanuc, dem CO2-Laser, in den letzten Jahren zurückging, ist die nach Faserlasern rapide gestiegen, wie Kuhn sagt. „Grundsätzlich können beide das gleiche, aber sie haben ihre jeweiligen Vor- und Nachteile“, sagt er. „Was der CO2-Laser im Dickblechbereich kann, kann der Faserlaser nicht, umgekehrt arbeitet der Faserlaser beispielsweise im Dünnblechbereich schneller.“    MM
Laser-Licht ist unabdingbar für unsere moderne Welt

Es leuchtet blau

Vor sechzig Jahren prägte der US-Physiker Gordon Gould einen Begriff, der sich rasant zu einem der Shooting Stars der Wissenschaft und der Science-Fiction mauserte: „Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation“. Der Laser ward geboren. Gould erfand ihn zwar nicht alleine, gab den gebündelten Lichtstrahlen aber ihren Namen. Zuvor hatten sich bereits große Namen wie Einstein, Theodore Maiman oder Charles Townes an renommierten Universität damit beschäftigt. Seit Anbeginn ihrer Arbeiten galt das Laserlicht als wichtiger Schritt für die Zukunft. Die CD läutete nicht ohne Hilfe für viele Menschen den Anbruch des digitalen Zeitalters ein. Nie zuvor war so viel Speicherkapazität und eine solch gute Tonqualität auf einem Datenträger vereinbar - schon gar nicht zu einem derart - vergleichsweise - erschwinglichen Preis. Der Wechsel stellte sich deshalb rasant ein: Vom Discman über die heimische Spielekonsole bis zum Rechner am Arbeitstisch, alle setzten sie in Rekordzeit auf den modernen Datenträger. Das alles wäre ohne Laser-Technologie undenkbar; deshalb beeinflussen Laser auch heute noch die Technikaussichten der Zukunft. Strichcode-Scanner oder Laserdrucker sind ebenfalls nicht mehr wegzudenkende Alltagsgegenstände, die ohne Laserlicht nicht möglich sind. Natürlich faszinierte seit den Anfangstagen am Laser nicht zuletzt das futuristische Image: Jahrzehntelang galten Laser als ultimative Technologie. So laufen alle vernünftigen Weltraumhelden mit Laserwaffen umher. Die wohl bekannteste Laserwaffe überhaupt: Das Lichtschwert der „Star Wars“-Jedi.

In der Realität deckt der Militärbereich nur rund acht Prozent des totalen Lasersegments ab - und damit noch ein Prozent weniger als im Druck oder der Lithographie und nur genau so viel wie in der Medizin. Zum Vergleich: Auf Materialverarbeitung und Kommunikation verfallen zusammen fast 65 Prozent, den Rest teilen sich Messgeräte, Militär und Konsorten auf. Ganz überraschend: Obwohl quasi überall noch CD- und DVD-Spieler verkauft werden, verfallen auf sie nur noch zwei Prozent Marktanteil. Der Vormarsch der Chips und des Massenspeichers - Stichwort USB-Schlüssel und „Solid State Disks“ - macht nicht halt. Bei der CD und der DVD war das Licht rot, heute ist es bei den „Blu-Rays“ blau - geändert hat sich neben der Lesegeschwindigkeit nur wenig. Auch weiterhin liest das Licht die Informationen aus, die auf dem Datenträger gespeichert sind. Das kann es wesentlich schneller, als es jeder erdenkliche mechanische Schalter jemals könnte. Das gesendete Licht beschleunigt deshalb auch andere Technologien, ohne die unsere heutige Welt aus den Fugen geraten könnte. Glasfasertechnologie erlaubt jenes Hochgeschwindigkeits-Internet, ohne das nichts mehr funktioniert. Laserbeschriftung und -lithographie, Laserprojektoren, die Laser-Entfernungsmessung oder das Schweißen mittels Lasertechnik - die Lichtwerfer sind derart vielseitig einsetzbar, dass sie von der Unterhaltungselektronik bis hin zur Schwerindustrie ständig in Gebrauch sind. Ein Beispiel: Mit Laser-„Cuttern“ schneiden große wie kleine Unternehmen alle möglichen Materialien, von Holz über Kunststoff bis hin zu Metall. Auch die moderne Medizin kommt ohne Lasertechnik nicht mehr aus. Mit dem Laserlicht lassen sich Leiden genauer diagnostizieren, während Laserskalpelle so genau schneiden, dass endoskopische Eingriffe zuverlässiger sind. In der Augenheilkunde erlauben sie die Korrektur von Fehlsichtigkeit, aber auch schwerere Eingriffe wie die Reparatur von abgelösten Netzhäuten. So schenkt Laserlicht wieder Augenlicht.  DANIEL OLY