Mit dem Laser hochfokussiert: Von der Prozessentwicklung zum Produktionssystem

Mit dem hochfokussierten Laserstrahl lassen sich Materialien wie Blech, Kunststoff, Faserverbundwerkstoffe oder Glas mit hoher Präzision bearbeiten. Laserschneid- und Schweißprozesse sind durch eine Kombination aus hoher Laserleistung und dynamischer Strahlablenkung hochproduktiv und erzielen wiederholgenaue Bearbeitungsergebnisse im Mikrometerbereich.

Die Industrie profitiert von der Leistungsfähigkeit der Lasertechnik: In der Luft- und Raumfahrt werden sprödharte Materialien und Hochleistungswerkstoffe präzise bearbeitet. In der Automobilindustrie schneidet und schweißt der Laserstrahl dünne Bleche schnell und sauber. Auch in der Medizintechnik wird die Technik für hochpräzise Schnitte zur Herstellung von Implantaten und medizinischen Geräten eingesetzt. In der Elektronikfertigung übernimmt der Laserstrahl das Vereinzeln von Wafern und das Mikroschneiden feinster Metallstrukturen. Grundsätzlich ermöglicht der Laser gratfreie Schnitte in Metallen, wärmesensiblen Kunststoffen, Keramik, Glas und Blechen.

Diese Vorteile wissen wir für unsere Projektpartner zu nutzen: Wir entwickeln und optimieren Produktionsprozesse und ermitteln die optimalen Parameter für den jeweiligen Anwendungsfall – bis hin zur Integration in bestehende Produktionsanlagen. Wir decken dabei die gesamte Entwicklungskette ab, von der Prozess- und Komponentenebene bis zur vollständigen Systemintegration. Dabei integrieren wir Sensorik in Fertigungsanlagen und nutzen KI-basierte Methoden zur Prozessüberwachung, insbesondere in Branchen mit Hightech-Anwendungen der Wasserstofftechnologien, der Batterieproduktion und der Halbleiterfertigung.

Unsere Leistungen im Überblick

Entwicklung von Bearbeitungsstrategien und Prozessparametern
Machbarkeits- und Wirtschaftlichkeitsstudien
Vorserien-Tryout: Rapid Prototyping von Komponenten
Technologieberatung für Laser-Schneid- und Schweißprozesse
Anpassung von Prozessen an bestehende Fertigungsumgebungen
Individuell konfigurierte Lasersysteme für stationäre und kontinuierliche Prozesse
Prototypische Fertigung von Präzisionsbauteilen und Mikrostrukturen
Modulare Systemlösungen: Konstruktion und Aufbau von Maschinen- und Modulprototypen

Der Laserstrahl als universales Werkzeug

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UKP-Laserschneiden

UKP-Laserschneiden: Präzisionsschnitte für hitzeempfindliche Materialien

Die große Stärke des Ultrakurzpuls-Laserschneidens (UKP-Schneiden) liegt dort, wo Gratbildung, Wärmeeinfluss oder Materialsprödigkeit die Grenzen konventioneller Verfahren markieren. Die Technologie ist dort die richtige Wahl, wo nicht Geschwindigkeit, sondern Kantenqualität und Maßhaltigkeit entscheidend sind.

Das Ultrakurzpuls-Laserschneiden (UKP-Schneiden) arbeitet mit Laserpulsen im Femto- bis Pikosekundenbereich. Die Pulse sind so kurz, dass das Material direkt abgetragen wird, bevor Wärme in die Umgebung abfließt. Es entsteht keine Schmelze, kein Grat, keine Wärmeeinflusszone.Dieser „kalte Abtrag" macht das Verfahren besonders geeignet für Werkstoffe, die auf Wärme oder mechanischen Druck empfindlich reagieren – darunter Glas, Keramik und Verbundwerkstoffe. Die Energie wird über nichtlineare Absorption in das Material eingeleitet. Dieser besondere Energieeintrag ermöglicht die Bearbeitung selbst spröder und empfindlicher Werkstoffe, ohne Mikrorisse zu erzeugen. Das Verfahren funktioniert bei leitenden und nichtleitenden Materialien gleichermaßen und kommt ohne Chemikalien und Kühlmittel aus.

Präzisionsschneiden

Dauerstrich-Laser: Für dünne Bleche mit Schnitttoleranzen im Mikrometerbereich

Mit einem hochfokussierten Dauerstrich-Laser lassen sich Metalle wie Titan, Edelstahl, Aluminium und Nickel in Form dünner Bleche schneiden. Das Verfahren eignet sich für Materialdicken von 0,02 mm bis 2 mm und erreicht Schnitttoleranzen im Mikrometerbereich.

Typische Herausforderungen beim Dünnblechschneiden wie Gratbildung, Kantenoxidation oder geometrischer Verzug lösen wir durch gezielte Parameterauswahl und angepasste Prozesskonfiguration. Wir identifizieren für jeden Anwendungsfall die optimalen Schneidparameter und entwickeln bei Bedarf individuelle Versuchsaufbauten und Maschinenprototypen.

Ausgestattet mit einer Dauerstrich-Laserquelle und einer Optik zum Präzisionsschneiden, kann unsere Anlage für einen gasunterstützten Laserschneidprozess eingesetzt werden.

Lasertechnologien für Brennstoffzellen und Elektrolyseure

Ein Anwendungsfeld, an dem sich die hohe Präzisionsleistung unserer Laserprozesse aufzeigen lässt, ist die Herstellung von Brennstoffzellen und Elektrolyseuren. Damit die Energiewende gelingt, müssen industriereife Produktionsanlagen aufgebaut werden, um Bipolarplatten effizient und nachhaltig zu schneiden und zu schweißen. Auch weitere Wasserstoffkomponenten profitieren von der Technologie: Membranelektrodeneinheiten (MEA) und poröse Transportschichten (PTL) schneiden wir mit dem Laserstrahl präzise und schnell.

Wie das aussieht, sehen Sie hier im Video:

Laserschweißen

Makro‑Laserschweißen: Bauteile schweißen – in groß und klein

Beim Makro‑Laserschweißen verbinden wir große Bauteile mit hoher Leistung und großer Eindringtiefe. Das Mikro‑Laserschweißen richtet sich dagegen auf hochpräzise, stark lokalisierte Verbindungen, bei denen wir Wärmeeintrag, Schweißnahtgeometrie und thermische Verformungen im Mikrometerbereich exakt steuern.

Das Mikro‑Laserschweißen stellt erhebliche technische Herausforderungen dar, die weit über eine einfache Verkleinerung konventioneller Schweißverfahren hinausgehen. Die extrem kleinen Schweißvolumina und minimalen Wärmeeinflusszonen verlangen eine präzise Einstellung der Laserparameter sowie höchste Genauigkeit beim Spannen und Positionieren der Bauteile.

Materialkombinationen, die in Mikroanwendungen üblich sind – etwa unterschiedliche Metalle, dünne Folien oder wärmeempfindliche Baugruppen – reagieren äußerst sensibel auf den Energieeintrag. Deshalb entwickeln wir sorgfältig abgestimmte Prozessstrategien. Die Wechselwirkung zwischen Laserstrahlung und Material im Mikromaßstab erzeugt komplexe Phänomene wie Plasmaabschirmung, Spritzerbildung oder Instabilitäten der Dampfkapillare, die die Verbindungsqualität beeinträchtigen.

Um reproduzierbare, fehlerfreie Schweißnähte zu erzielen, bauen wir ein tiefes Prozessverständnis auf, wählen materialspezifische Vorgehensweisen, setzen fortschrittliche Überwachungssysteme ein und kalibrieren die gesamte Anlagentechnik mit höchster Präzision.

Kompetenz, auf die Sie sich verlassen können

Unser interdisziplinäres Team vereint Expertise in Laserphysik, Prozessentwicklung, Systemintegration und Qualitätssicherung. Wir entwickeln maßgeschneiderte Lösungen für Ihre spezifischen Mikroschweißanwendungen und begleiten Sie von ersten Machbarkeitsstudien über die Parameteroptimierung bis zur Umsetzung vollständig integrierter Produktionssysteme.

Wir nutzen modernste Laserquellen – darunter Kurzpuls- und Faserlaser –, eine adaptive hochpräzise Strahlführung und eine Echtzeit‑Prozessüberwachung, um robuste und wiederholbare Mikroschweißprozesse zu realisieren.

Ob medizinische Geräte, elektronische Komponenten, Sensoren oder Präzisionsinstrumente: Das Fraunhofer IPT unterstützt Sie dabei, die Mikrolaserschweißtechnik aus dem Labor in die industrielle Anwendung zu überführen.

Bipolarplatten herstellen

Mit dem Laser hochgenau bearbeiten