Zum zwölften Mal fand vom 2. bis zum 4. Mai 2018 der AKL – International Laser Technology Congress in Aachen statt. Zu dem europaweit wichtigsten Kongress für angewandte Lasertechnik in der Produktion kamen 661 Besucher aus 26 Ländern. Neben zahlreichen Gelegenheiten zum Networking erwartete die Besucher ein vielfältiges Programm mit 77 Vorträgen, der feierlichen Verleihung des Innovation Award Laser Technology und einer Reihe von Rahmenveranstaltungen. Die begleitende Sponsorenausstellung war mit 56 Firmen lange im Vorhinein ausgebucht.
Neben der Fachkonferenz mit drei separaten Themensträngen gehörten die Foren zur Prozessüberwachung und Additiven Fertigung zum Programm wie auch das »Einsteigerseminar Lasertechnik« und der »Technologie Business Tag«. Sehr gut besucht war in diesem Jahr wieder die Open-House-Veranstaltung »Lasertechnik Live«, bei der die Experten des Fraunhofer ILT über 100 Verfahren live zeigten.
Innovation Award Laser Technology 2018
Die Verleihung des Innovation Award Laser Technology 2018 im Krönungssaal des Aachener Rathauses war auch in diesem Jahr ein besonderer Höhepunkt. Der mit 10.000 Euro dotierte Preis wird vom Arbeitskreis Lasertechnik e. V. und dem European Laser Institute e. V. (ELI) vergeben und würdigt die drei besten Innovationen im Bereich der angewandten Lasertechnik.
Den ersten Preis erhielt in diesem Jahr das Team um Dr. Axel Luft (Laserline GmbH) für die Entwicklung eines »Multi-Spot-Module zur Verbesserung von Fügeprozessen durch maßgeschneiderte Spot-Geometrien«.
Die Entwicklung hatte mit einem Problem in der Fertigung bei Volkswagen begonnen: Feuerverzinkte Bleche bieten dort Kosten- und Qualitätsvorteile, beim Laserlöten waren jedoch Spritzer und andere Unregelmäßigkeiten aufgetreten. Nach mehreren Iterationen konnte das Team von VW, Scansonic und Laserline ein System entwickeln, das mit einem rechteckigen und zwei runden Spots die nötige Qualität liefert. Dabei kann ein Roboter die Energieverteilung zwischen den Spots »on the fly« stufenlos regulieren. Auch der Abstand der vorderen runden Spots kann jeweils an die Nahtgeometrie angepasst werden. Inzwischen ist nicht nur Auftraggeber VW hochzufrieden – insgesamt wurden schon 40 Systeme verkauft.
Der zweite Preis ging an das Team um Dr. Gerald Jenke (Saueressig GmbH + Co. KG) für »Multi-parallele ultraschnelle Laserablation für die Ultrapräzisionsfertigung in großem Maßstab«. Den dritten Preis erhielt ein spanisches Team um M. Sc. Eng. Alejandro Bárcena (Talens Systems S.L. Etxe-Tar Group) für das Projekt »RAIO DSS: Ein hochflexibles dynamisches Strahlsteuerungssystem für die Laser-Wärmebehandlung und verwandte Hochleistungs-Laseranwendungen«.
Prozessüberwachung und additive Verfahren: Grenzen und Perspektiven
Mit den Fachforen »Prozessüberwachung« und »Additive Fertigung« startete der dreitägige Kongress. In beiden Foren standen Maßnahmen zur weiteren Automatisierung und der Übergang zu höheren Stückzahlen im Vordergrund.
Das Spektrum an Sensoren für die Prozessüberwachung ist inzwischen breit, wie Dr. Thomas Grünberger (plasmo Industrietechnik GmbH) in seinem Übersichtsvortrag zeigte. Die zu erfüllenden Aufgaben lassen sich dabei in drei wesentliche Punkte zusammenfassen: Für die Qualitätsüberwachung müssen vor, während und nach dem Bearbeitungsprozess die relevanten Parameter der Werkstücke, Prozesse und Werkzeuge aufgenommen und mit vorgegebenen Grenzen verglichen werden.
In einem zweiten Schritt werden diese Daten zu jedem Werkstück und jeder Schweißnaht genau dokumentiert und abgelegt. Im Rahmen von Industrie 4.0 kann damit sowohl die Produktivität als auch die nötige Wartung überwacht und geplant werden.
Eine dritte Anwendung für Prozesskontrollsysteme präsentierte Michal Ungers (Scansonic MI GmbH) für Schweißanwendungen: Prozessoptimierung. In einem geschlossenen Regelkreis werden Abweichungen von einem Sollwert erfasst und bestimmte Prozessparameter korrigiert bis ein Optimum erreicht ist. So lässt sich ein neuer optimierter Satz von Prozessparametern erzeugen und als Softwareupdate in jeder Maschine speichern.
Ein ähnlicher Regelkreis wäre für additive Verfahren wünschenswert, lässt sich aber noch nicht realisieren. Mit Blick auf das rapide Marktwachstum von etwa 70 Prozent in 2017 für additive Technologien dürfte das aber zu den aktuellen Aufgaben in dem Bereich gehören. Ein konkretes Beispiel hierfür zeigte Maximilian Meixlsperger, Leiter Additive Manufacturing Metall bei BMW, in seinem Vortrag. Erstmals wurden in einem BMW i8 Roadster, der auch als Exponat auf dem AKL’18 zu sehen war, serienmäßig mit Laserstrahlschmelzen hergestellte Teile verbaut. Bis zu einer Losgröße von 60.000 Stück erweise sich AM hier als wirtschaftlicher im Vergleich zum Druckguss.
Was sind die Herausforderungen der zukünftigen Lasermärkte?
Die eigentliche Laserkonferenz begann in diesem Jahr mit den Klängen von Dave Brubecks berühmtem »Take Five«. Damit eröffnete der Leiter des Fraunhofer ILT, Prof. Reinhart Poprawe, die nach dem Institutsgründer benannte Gerd-Herziger-Session.
In dieser Session kamen Manager aus den vier größten Laserfirmen zu Wort. Prof. Reinhart Poprawe hatte sie gebeten, jeweils fünf Punkte zu präsentieren, die ihrer Meinung nach für die Zukunft der Lasertechnik bedeutsam sind. Den Reigen eröffnete Dr. Peter Leibinger (TRUMPF GmbH + Co. KG). Er sprach über den Konkurrenzdruck auf dem Markt als Motor für weitere Innovation. Auch wenn zu viele Firmen zu viele Laser anböten, sehe er darin die Chance für die Zukunft seiner Firma. Deshalb zeigte er sich auch optimistisch, dass TRUMPF in zwei bis drei Jahren wieder der größte Laserhersteller der Welt sein könne.
Dr. Mark Sobey vom derzeitigen Champion COHERENT Inc. verglich mit Smartphones und Smart Cars zwei Märkte für Lasertechnik, die jetzt und in Zukunft jeweils über eine Milliarde Dollar Volumen haben dürften.
Dr. Evgene Scherbakov (IPG Laser GmbH) beschrieb vertikale Integration als sein Erfolgsrezept. Am Ende gab Dr. Qitao Lue (Han’s Laser Technology Industry Group Co., Ltd.) einen Überblick zu den Veränderungen im chinesischen Lasermarkt. Unter anderem sieht er die Initiative »One Belt, One Road« als große Chance für die weitere Expansion der Lasermärkte.
Disruptive Entwicklungen sorgen für Produktivitätsschub
Danach teilte sich die Konferenz in die drei separaten Themenstränge: Lasermaterialbearbeitung – Makro, Lasermaterialbearbeitung – Mikro und Laserstrahlquellen. Dabei zeigte sich, dass die Lasertechnik weiter neue und größere Anwendungen erschließt. Mit dem Trend zu höherer Produktivität kommt es zu disruptiven Einzelinnovationen sowie einer wachsenden Digitalisierung in allen drei Bereichen. Das Thema der Digital Photonic Production wurde von Prof. Reinhart Poprawe deshalb auch in einer separaten Session für alle Tagungsteilnehmer beleuchtet.
Zu den disruptiven Innovationen auf dem diesjährigen AKL’18 gehören neue Diodenlasersysteme und leistungsstarke Ultrakurzpuls (UKP)-Laser. Während sich UKP-Laser mit etwa 50 W gut etabliert haben, kommen jetzt Systeme mit mehreren Hundert Watt in den Markt, wie Dr. Clemens Hönninger (Amplitude Systèmes) und Dr. Torsten Mans (AMPHOS GmbH) in ihren Vorträgen betonten. Von ihnen wird deutlich mehr Produktivität erwartet, wobei neben den Strahlquellen die richtige Prozesstechnik ein entscheidender Faktor sein wird.
Neue blaue Diodenlasersysteme wurden von Volker Krause (Laserline GmbH) vorgestellt. Gefördert vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat er mit OSRAM und anderen Partnern ein fasergekoppeltes cw-Lasersystem mit einer Leistung von 1 kW entwickelt. Mit der Wellenlänge von 450 nm wird diese Strahlung von Kupfer viel besser absorbiert als die Strahlung von Faser- oder Scheibenlasern bei etwa 1 µm. Als erste Anwendung ist dementsprechend das Kupferschweißen anvisiert. Das blaue Licht eröffnet aber auch neue Perspektiven im Unterwasserbereich oder bei wassergeführten Lasersystemen.
Schneiden und Schweißen sind die wichtigsten Anwendungen für industrielle Lasertechnik. Der Trend zu mehr Produktivität führt auch hier zu teils erstaunlichen Fortschritten. Ein Beispiel kam von Izuru Hori (Honda Engineering Co., Ltd.). Zusammen mit dem Fraunhofer ILT entwickelte Honda ein Hochgeschwindigkeits-Laserschneidsystem für bis zu 19.000 Bleche pro Tag. »Unser System schneidet auch sehr große Seitenteile mit einer gesamten Länge von neun Metern innerhalb von sieben Sekunden«, erklärte Hori in Aachen. »Bei kleineren Bauteilen beträgt die Bearbeitungszeit nur eine Sekunde. Wir konnten mit dem Laserschneidsystem seit der Einführung im Jahr 2015 die Produktivität im Vergleich zu konventionellen Stanzanlagen verzehnfachen.« Kernstück der Anlage ist ein elektronisch geregeltes Gantry-System aus CFK, in dem zwei 8,5 kW-Servomotoren den Schneidkopf mit 10 g ruckfrei und ohne Unterbrechung auf der Fläche bewegen.
Eine der letzten Sessions befasste sich mit dem hochaktuellen Thema »Perspektiven der Quantenphotonik«. Quantensensorik ist dabei das Gebiet, in dem die meisten Anwendungen erwartet werden. Dr. Robert Rölver (Robert Bosch GmbH) präsentierte einen Querschnitt der Aktivitäten von Bosch in dem Bereich. Mit Hilfe von Stickstoff-Fehlstellen-Zentren in Diamanten werden zum Beispiel extrem empfindliche Magnetometer entwickelt, mit denen man Ströme in Schaltkreisen ebenso wie im Gehirn messen kann.
Fraunhofer-Cluster of Excellence entwickelt 20 kW-Femtosekunden-Laser
Femtosekunden- beziehungsweise UKP-Laser generell sind bereits seit vielen Jahren intensiver Gegenstand der Forschung, jetzt sind sie auch in der industriellen Produktion angekommen. Während heute UKP-Laser mit einigen Hundert Watt in den Markt drängen, hat sich ein Cluster mit zwölf Fraunhofer-Instituten vorgenommen, die Technologie auf ein völlig neues Niveau zu heben.
Unter Führung der Fraunhofer-Institute für Lasertechnik ILT in Aachen und für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena wollen die Partner Laserquellen und Prozesstechnik für Leistungen bis 20 kW entwickeln. Mit diesem Ziel startete das Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS mit einem offiziellen Kick-off parallel zum AKL’18. An den beiden Instituten in Aachen und Jena werden schon 2018 Applikationslabore eingerichtet, damit die Projektpartner frühzeitig mit Versuchen für die Applikationsentwicklung beginnen können.
»I3-Research Center for Digital Photonic Production« gestartet
Am Abend des 3. Mai gab Prof. Reinhart Poprawe, Inhaber des Lehrstuhls für Lasertechnik LLT an der RWTH Aachen University und Leiter des Fraunhofer ILT, den Startschuss für eine neue und zukunftsweisende Form der interdisziplinären universitären Zusammenarbeit innerhalb des »I3-Research Center for Digital Photonic Production« (RCDPP). In diesem Integrierten Interdisziplinären Institut, kurz I3, werden künftig Wissenschaftler von 17 Instituten aus 6 Fakultäten der RWTH Aachen University die Nutzung der einzigartigen physikalischen Eigenschaften des Photons für die Produktion der Zukunft gemeinsam erforschen.
Für diese interdisziplinäre Forschungsprogrammatik wird im Herbst 2018 ein vom Bund und Land finanzierter Forschungsneubau fertiggestellt. Dort werden die rund 80 Wissenschaftler der RWTH-Institute auf ca. 4300 m2 Labor- und Nutzfläche die Zukunft der digitalen photonischen Produktion gestalten.
Damit ergänzt die Forschungsarbeit des interdisziplinären I3-RCDPP-Teams die Forschung des »Digital Photonic Production DPP Research Campus«, einer vom BMBF geförderten Initiative, im angrenzenden privat finanzierten Industriegebäude DPP, das bereits 2016 eröffnet wurde. Darüber hinaus erweitern die beiden Forschungseinrichtungen auf dem Cluster-Photonik-Gelände des RWTH Aachen Campus das anwendungsorientierte Konzept der nahegelegenen Fraunhofer-Institute. Prof. Poprawe hat somit zum Zeitpunkt seines Ruhestands im nächsten Jahr eine umfassende Technologielandschaft und ein ausgewogenes Expertenteam für die akademische und angewandte Photonik-Forschung geschaffen: Die Aachener Antwort auf die interdisziplinären Anforderungen des 21. Jahrhunderts für die effiziente Entwicklung photonischer Lösungen der Zukunft.
Der AKL’18 – International Laser Technology Congress wird vom Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT organisiert. Der Kongress wird von folgenden Organisationen unterstützt: Europäische Kommission, European Photonics Industry Consortium EPIC, Arbeitskreis Lasertechnik e. V., European Laser Institute e. V. (ELI), OptecNet Deutschland e. V. sowie von den Industrieverbänden SPECTARIS, VDA, VDMA und VDI.
Die Laser-Community trifft sich wieder auf dem AKL’20 vom 6. bis zum 8. Mai 2020 in Aachen.
Bildergalerie des AKL’18: www.lasercongress.org/de/kongress/galerie/
Bilder und weitere Informationen zum Innovation Award Laser Technology: www.innovation-award-laser.org
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT