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Forschen für eine Forschen für eine nachhaltige Zukunft nachhaltige Zukunft Jahresbericht 2023 Tätigkeitsbericht 2025
Grußwort Liebe Leserinnen und Leser, 2025 war ein herausforderndes Jahr. Der globale Wettbewerb nimmt zu – und das betrifft die Photonik in besonderem Maße. Dass wir für die Branche in Deutschland und Europa dennoch sehr gute Zukunftsaussichten sehen, liegt an der Vielzahl der Ideen mit hohem innovativem und ökonomischem Potenzial, die wir zusammen mit unseren Partnern aus Industrie und Forschung vorantreiben. Viele dieser Ideen haben unmittelbar mit einem Trend zu tun, zu dessen Protagonisten das Fraunhofer ILT gehört: Die mittleren Leistungen von Ultrakurzpuls (UKP)- und Dauerstrich (cw)-Lasern stoßen in neue Bereiche vor. Unter anderem im Cluster of Excellence Advanced Photon Sources (CAPS) der Fraunhofer-Gesellschaft wirken wir bei der Entwicklung und Anwendung solcher leistungsstarken Piko- und Femtose- kunden-Laser im kW-Bereich mit. Zum Effizienzboost in der UKP-Materialbearbeitung trägt bei, dass wir Laser in Dutzende Einzelstrahlen splitten und Prozesse so parallelisieren können. Zudem entwickeln wir neue Beam-Shaping-Ansätze, um Strahlformen an spezifische Bauteile und Bearbeitungsprozesse anzupassen. Darunter der Einsatz optischer neuronaler Netze, der die Realisierung nahezu beliebiger (3D-) Strahlprofile erlaubt. Kontakt Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT Steinbachstraße 15 52074 Aachen Telefon +49 241 8906-0 info@ilt.fraunhofer.de www.ilt.fraunhofer.de
Grußwort Bei cw-Lasern erreichen die mittleren Leistungen den drei- stelligen kW-Bereich. Mit solchen Strahlquellen klopft die Photonik in Märkten an, die bisher unerreichbar waren: So könnten Laser künftig im Bergbau oder auch bei Tunnel- und Tiefenbohrungen verschleißfrei Gestein zertrümmern oder zentimeterstarke Stahlbleche für Schiffe oder Windrad- türme schneiden und fügen. Auch die Verteidigungsforschung zeigt großes Interesse an Hochleistungslasern. Parallel treiben wir die Entwicklung von Hochenergielasern voran. Sie ebnen den Weg zu Zukunftsfeldern mit enormem Marktpotenzial: Fusionskraftwerke und Secondary Sources zum Erzeugen von Neutronen-, Röntgen- oder EUV-Strahlung. In Forschungsprojekten mit Industriepartnern entwickeln wir derzeit kompakte Neutronen- und Röntgenquellen, die für Sicherheitsanwendungen durch Wände von Containern und Fässern hindurch deren Inhalt analysieren können. Mit akade- mischen und industriellen Partnern legen wir außerdem die technologische Basis für Fusionskraftwerke: Seien es Hoch- leistungsdioden zum Pumpen der Hochenergielaser, robuste optische Komponenten, additiv gefertigte Wandmodule oder die Brennstoffkapseln. Oder seien es leistungsfähige Simu- lationen von Teilsystemen oder das Modellieren kompletter Fusionskraftwerke. Wir stehen für den Aufbau schlagkräftiger Entwicklungsverbunde und Lieferketten bereit – und bringen geballte Kompetenz ein! Data Science und KI helfen, High-Performance-Laseranwen- dungen prozesssicher und präzise auszuführen. Unser Institut hat sich in diesem Entwicklungsfeld hervorragendes Know- how erarbeitet, das wir selbst abteilungsübergreifend nutzen und mit dem wir frische Impulse in die Industrie geben. Digi- tale Tools treiben den Fortschritt der Photonik. Ob Fusionskraftwerk oder Quantensystem: am Anfang steht der Digitale Zwilling. Und wo Tests unabdingbar sind, reduzie- ren KI-basierte Planungs- und Auswertetools deren Anzahl auf ein Minimum und bringen uns damit schneller und zuverlässi- ger ans Ziel. In der Quantentechnologie haben wir 2025 hier in Aachen den ersten Netzwerkknoten für das Quanteninternet der Zukunft installiert. Das Projekt ist eingebunden in die Strategie der European Quantum Internet Alliance und gefördert vom Land NRW. Wir binden diesen Knoten an die glasfaserbasierte Open-Access-Facility ALICE unseres Campus an. Hier wird er ab sofort Akteure aus Industrie und Forschung zusammen- bringen. Teams unseres Instituts unterstützen die Entwicklung optischer Datenübertragungshardware, die den Strombedarf von Rechenzentren senken soll. Andere erforschen, wie Laser Ewigkeitschemikalien (PFAS) überflüssig machen oder feinste Poren in Folien bohren können, um Viren und Bakterien aus Trinkwasser zu filtern. Solche Projekte erschließen techno- logische Zukunft. Im Fall unseres diodengepumpten Alexan- dritlasers, der als Herzstück eines portablen LIDAR-Systems Atome in bis zu 100 km Höhe ansteuern kann, ist das schon gelungen. Das System liefert genau die präzisen Wind- und Temperaturdaten, auf die Klima- und Atmosphärenforschende zu Anfang des Projekts gehofft hatten. Angesichts solcher Ideen und Erfolge schauen wir zuversicht- lich nach vorn. Überzeugen Sie sich von unserer Arbeit. In diesem Bericht – oder im direkten Gespräch. Wir freuen uns auf Ihre Kontaktaufnahme! Ihr Dr. Jochen Stollenwerk 3
Tätigkeitsbericht 2025 Inhalt Grußwort 2 Daten und Fakten 6 Unser Leitbild . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 Das Institut im Profil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Ansprechpartner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 Kuratorium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 Das Fraunhofer ILT in Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 40 Jahre Fraunhofer ILT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14 KI als Treiber für photonische Innovationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Forschungsmärkte des Fraunhofer ILT 18 Energiewirtschaft . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Automobiltechnik und Mobilität. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Luft- und Raumfahrt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Mikroelektronik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Medizintechnik und Gesundheit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Quantentechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Netzwerke und Cluster 48 Fraunhofer-Netzwerke . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 Vernetzung von Wirtschaft und Wissenschaft am Standort Aachen . . . . . . . . . 50 RWTH Aachen Campus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 Ausgründungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 Auszeichnungen und Preise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Nachwuchsförderung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 Zukunftsenergie Fusion macht Schule . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Kundenreferenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Veranstaltungen und Publikationen 60 LASER 2025 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Messen 2025 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Tagungen 2025 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 Patente 2025 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Dissertationen 2025. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Zuwendungsgeber . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 Impressum 67 4
Daten und Fakten Unser Leitbild Wir betreiben angewandte Auftragsforschung und setzen originäre Ideen zu innovativen und disruptiven Lösungen um Mission Mitarbeitende Wir betreiben angewandte Auftragsforschung. Das heißt, wir setzen originäre Ideen zu innovativen und disruptiven Lösungen um, befähigen unsere Partner zur Entwicklung kom- petitiver Lösungen komplexer Technologieherausforderungen und steigern so die Wettbewerbsfähigkeit unserer Kunden. Wir bilden exzellente und kompetente Experten aus und tragen so zur Wettbewerbsfähigkeit des Industrie- und Wissenschafts- standorts Deutschland bei. Das Zusammenwirken von Individuum und Team ist Basis unseres Erfolgs. Jeder von uns arbeitet eigenverantwortlich, kreativ und zielorientiert. Dabei gehen wir sorgfältig, zuverlässig und ressourcenbewusst vor. Wir bringen unsere individuellen Stärken in das Team ein und gehen respekt- voll und fair miteinander um. Wir arbeiten interdisziplinär zusammen. Kunden Wir arbeiten kundenorientiert. Diskretion, Fairness und Partnerschaftlichkeit haben für uns im Umgang mit unseren Kunden oberste Priorität. Entsprechend der Anforderung und Erwartung unserer Kunden erarbeiten wir Lösungen und deren wirtschaftliche Umsetzung. Wir wollen, dass unsere Kunden zufrieden sind und gerne wiederkommen. Chancen Konzentriert auf Kernkompetenzen erweitern wir systematisch unser Wissen. Wir bauen unser Netzwerk bestehend aus industriellen und institutionellen Partnern mit sich ergänzenden Leistungen aus und realisieren strategische Kooperationen. Wir agieren verstärkt auf internationalen Märkten. Stärken Wir haben ein breites Spektrum an Ressourcen. Wir liefern innovative und wirtschaftliche Lösungen und bieten FuE, Beratung und Integration aus einer Hand. Wir arbeiten auf der Basis eines zertifizierten Qualitätsmanagementsystems. Führungsstil Kooperativ, fordernd und fördernd. Die Wertschätzung unserer Mitarbeiter als Person, ihres Know-hows und ihres Engagements ist die Basis unserer Führung. Wir binden unsere Mitarbeiter in die Erarbeitung von Zielen und in Entscheidungs- prozesse ein. Wir legen Wert auf effektive Kommunikation, zielgerichtete und effiziente Arbeit und klare Entscheidungen. Position Faszination Laser Wir sind fasziniert von den einzigartigen Eigenschaften des Laserlichts und der daraus resultierenden Vielseitigkeit der Anwendungen. Uns begeistert die Möglichkeit, durch technologische Spitzenleistungen und erstmalige industrielle Umsetzung internationale Maßstäbe zu setzen. Unsere Kompetenzen erstrecken sich entlang der Kette Strahlquelle, Bearbeitungs- und Messverfahren über die Anwendung bis hin zur Integration einer Anlage in die Pro- duktionslinie des Kunden. Wir arbeiten in einem dynamischen Gleichgewicht zwischen anwendungsorientierter Grundlagen- forschung und Entwicklung. Wir wirken aktiv an der Formu- lierung und Gestaltung forschungspolitischer Ziele mit. 6
Daten und Fakten 2025 6 Patent- anmeldungen 8 erteilte Patente 48,6 Millionen € Gesamthaushalt 491 Mitarbeitende 59 % Stammpersonal Wissenschaft, Technik, Verwaltung 41 % Wiss Hilfskräfte, student Angestellte, Auszubildende 7 7
Daten und Fakten Das Institut im Profil Fraunhofer ILT steht seit 40 Jahren für gebündeltes Know-how im Bereich Lasertechnik. Partner für Innovationen Innovative Lösungen von Fertigungs- und Pro- duktionsaufgaben, Entwicklung neuer tech- nischer Komponenten, kompetente Beratung und Ausbildung, hochspezialisiertes Personal, neuester Stand der Technik sowie internatio- nale Referenzen: Dies sind die Garanten für langfristige Partnerschaften. Die zahlreichen Kunden des Fraunhofer-Instituts für Laser- technik ILT stammen aus Branchen wie dem Automobil- und Maschinenbau, der Chemie und der Elektrotechnik, dem Flugzeugbau, der Feinmechanik, der Medizintechnik und der Optik. Mit rund 490 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern, mehr als 19 500 m² Nettogrund- fläche und über 40 Ausgründungen zählt das Fraunhofer ILT weltweit zu den bedeutendsten Auftragsforschungs- und Entwicklungsinstitu- ten seines Fachgebiets. Unter einem Dach bietet das Fraunhofer- Institut für Lasertechnik ILT Forschung und Entwicklung, Systemaufbau und Qualitäts- sicherung, Beratung und Ausbildung. Zur Bearbeitung der Forschungs- und Entwick- lungsaufträge stehen zahlreiche industrielle Lasersysteme verschiedener Hersteller sowie eine umfangreiche Infrastruktur zur Verfü- gung. Im angrenzenden Industrial Research Center Digital Photonic Production DPP arbeiten mit dem Fraunhofer ILT kooperierende Unternehmen in eigenen Labors und Büro- räumen. Grundlage für diese spezielle Form des Technologietransfers ist ein langfristiger Kooperationsvertrag mit dem Institut im Bereich der Forschung und Entwicklung. Der Mehrwert liegt in der Nutzung der tech- nischen Infrastruktur und dem Informations- austausch mit den Experten vor Ort. Neben etablierten Laserherstellern und innovativen Laseranwendern finden hier Neugründer aus dem Bereich des Sonderanlagenbaus, der Laserfertigungstechnik, der Lasermesstechnik und der Quantentechnologie ein geeignetes Umfeld zur industriellen Umsetzung ihrer Ideen. Das Fraunhofer ILT ist eingebunden in die Fraunhofer-Gesellschaft, die mit 74 Insti- tuten, mehr als 30 000 Mitarbeitenden und 3,6 Milliarden Euro Forschungsvolumen jährlich zu den führenden Forschungsein- richtungen in Deutschland zählt. Wir eröffnen Perspektiven Die Leistungsangebote des Fraunhofer ILT decken ein weites Themenspektrum in der Lasertechnik ab: Kunden aus Forschung und Industrie profitieren von umfangreicher Expertise und wertvollem Know-how in den Bereichen Laser, Optische Systeme, Quanten- technologie, Lasermesstechnik, Additive Fer- tigung, Oberflächentechnik, Fügen, Trennen, Digitalisierung, EUV und Plasmatechnik sowie Medizintechnik. Unsere Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftler entwickeln neben Laserverfahren und Lasersystemen applikationsangepasste optische Komponenten und Laserstrahlquellen mit maßgeschneiderten Eigenschaften. Das Spektrum reicht von Freiformoptiken über abstimmbare Laser, Dioden- und Festkörper- laser bis hin zu Faser- und Ultrakurzpulslasern. Zertifiziert nach ISO 9001:2015 Reg.-Nr. 90126024 8
Leistungsspektrum des Fraunhofer ILT Alumni-Netzwerk Laserstrahlquellenentwicklung Komponenten und Systeme zur Strahlführung und -formung Packaging optischer Hochleistungskomponenten Modellierung und Simulation von optischen Komponenten sowie Laserverfahren Verfahrensentwicklung für die Lasermate- rialbearbeitung, die Lasermesstechnik, die Medizintechnik und die Biophotonik Prozessüberwachung und -regelung Lösungen für die digitale Produktion Muster- und Testserien Entwicklung, Aufbau und Test von Pilotanlagen KI-Lösungen für smartes Optikdesign und effizientes Machine Learning Entwicklung von Röntgen-, EUV- und Plasmasystemen Photonische Komponenten und Systeme für die Quantentechnologie Laserstrahlquellen und -prozesse für die Fusion Kooperationen Wir pflegen Kooperationen mit in- und aus- ländischen Unternehmen und Forschungszent- ren, um unseren Kunden Lösungen aus einer Hand anzubieten. Auch die Vernetzung zu Universitäten, Verbänden, IHKs, Prüfanstalten und Forschungsministerien wird systematisch zum Nutzen unserer Partner betrieben. Das Fraunhofer ILT und die kooperierenden Lehrstühle und -gebiete der RWTH Aachen University tragen wesentlich zu einer quali- fizierten Aus- und Fortbildung des wissen- schaftlich-technologischen Nachwuchses im Bereich der Lasertechnik bei. Durch ihre Praxiserfahrungen und tiefgehenden Einblicke in innovative Entwicklungen warten diese Mit- arbeitende mit besten Voraussetzungen auf, um eine Tätigkeit in Wissenschaft und Indus- trie aufzunehmen. Sie sind daher gefragtes Nachwuchspersonal. Seit 2000 betreibt das Fraunhofer ILT das Alumni-Netzwerk »Aix-Laser-People« mit über 500 Ehemaligen, um den Kontakt sowohl zu ILT-Mitarbeitenden als auch untereinander zu fördern. Über 80 Prozent der Alumni arbeiten in der produzierenden Industrie, viele davon in laserrelevanten Branchen. 20 Prozent der Alumni wirken weiterhin in der Wissenschaft. Von ehemaligen Mitarbeitenden wurden in 30 Jahren über 40 Firmen gegründet. Durch den Transfer von »innovativen Köpfen« in die Industrie und Wissenschaft leistet das Fraunhofer ILT einen direkten gesellschaft- lichen Nutzen. Neben dem Alumni-Netzwerk »Aix-Laser-People« bündelt der 1990 von ILT- Führungskräften gegründete Verein »Arbeits- kreis Lasertechnik AKL e.V.« die thematischen Interessen derjenigen, die weiterhin im Bereich der Lasertechnik tätig sind. Mit rund 490 Mitarbeitenden und mehr als 19.500 m² Nettogrundfläche zählt das Fraunhofer ILT weltweit zu den bedeutendsten Forschungsinstituten im Bereich der Lasertechnik. Ansprechpartner für Kooperationen und Alumni-Netzwerk Dipl.-Phys. Axel Bauer Telefon +49 241 8906-194 axel.bauer@ilt.fraunhofer.de 9
Daten und Fakten Ansprechpartner Prof Constantin Häfner Institutsleiter (bis Feb. 2025) Dr Vasvija Alagic-Keller MBA Kaufmännische Direktorin / Verwaltung & Infrastruktur vasvija.alagic@ ilt.fraunhofer.de Wolfgang Fiedler M Sc Qualitätsmanagement wolfgang.fiedler@ ilt.fraunhofer.de Prof Carlo Holly Data Science und Messtechnik carlo.holly@ ilt.fraunhofer.de Dr Achim Lenenbach Lasermedizintechnik und Biophotonik achim.lenenbach@ ilt.fraunhofer.de Dr Christian Vedder Oberflächentechnik und Formabtrag christian.vedder@ ilt.fraunhofer.de Dr Thomas Schopphoven Laserauftragschweißen thomas.schopphoven@ ilt.fraunhofer.de 10 Dr Jochen Stollenwerk Stellv. und (seit Feb. 2025) kommiss. Institutsleiter jochen.stollenwerk@ ilt.fraunhofer.de Dipl-Phys Axel Bauer Marketing u. Kommunikation und kommiss. Leiter Business Development axel.bauer@ilt.fraunhofer.de Dipl-Ing Gerd Bongard IT-Management gerd.bongard@ ilt.fraunhofer.de Dipl-Ing Hans-Dieter Hoffmann Laser und Optische Systeme hansdieter.hoffmann@ ilt.fraunhofer.de Dr Alexander Olowinsky Fügen und Trennen alexander.olowinsky@ ilt.fraunhofer.de Dr Tim Lantzsch Laser Powder Bed Fusion tim.lantzsch@ ilt.fraunhofer.de
Kuratorium – gut beraten! Das Kuratorium berät die Organe der Fraunhofer-Gesellschaft sowie die Institutsleitung und fördert die Kontakte zur Industrie und zu forschungsinteressierten Organisationen In 2025 konnte der Kanzler der RWTH Aachen University Thomas Trännapp neu für das Kuratorium gewonnen werden Mitglieder 2025 aiXscale Photonics GmbH (Vorsitzender) Bayern Innovativ GmbH Multi-Beirätin, Aufsichtsrätin, Senior Advisor ETH Zürich Laserline GmbH Dr Joseph Pankert Dr Nicole de Boer Dipl-Volksw Isabel Hartung Prof Ursula Keller Dipl-Ing Volker Krause Dipl-Ing (BA) Michael Lebrecht Mercedes-Benz AG Dr Stefan Ruppik Dr Torsten Scheller Dr Ulrich Steegmüller Dr Jan Suhren Ulla Thönnissen Thomas Trännapp Dr Hagen Zimer Coherent Corp. JENOPTIK AG ams-OSRAM International GmbH Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt Region Aachen Zweckverband RWTH Aachen University TRUMPF SE + Co. KG Die 40. Zusammenkunft des Kuratoriums fand am 13. und 14. November 2025 im Fraunhofer ILT in Aachen statt. 11
Daten und Fakten Das Fraunhofer ILT in Zahlen Anzahl 292 184 44 64 199 186 9 4 491 Mio € 36,0 9,1 45,1 3,5 48,6 Mio € 14,0 19,2 15,4 48,6 31,1 % Personal 2025 Stammpersonal Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen Mitarbeitende der technischen Infrastruktur Verwaltungsangestellte Weitere Mitarbeitende Wissenschaftliche Hilfskräfte Studentische Angestellte Auszubildende Mitarbeitende am Fraunhofer ILT, gesamt Aufwendungen 2025 Personalaufwendungen Sachaufwendungen Aufwendungen Betriebshaushalt Investitionen Aufwendungen Gesamthaushalt Erträge 2025 Erträge aus der Industrie Zusatzfinanzierung durch Bund, Länder und EU Grundfinanzierung durch die Fraunhofer-Gesellschaft Erträge Gesamthaushalt Fraunhofer Industrie ρInd 12
Daten und Fakten 37 % Wissenschaftler*innen 9 % Technische Infrastruktur 13 % Verwaltungsangestellte 40 % Wissenschaftliche Hilfskräfte / studentische Angestellte 1 % Auszubildende 74 % Personalaufwendungen 19 % Sachaufwendungen 7 % Investitionen Personal 2025 Aufwendungen 2025 Gesamt: 491 Mitarbeitende Gesamt: 48,6 Mio € Erträge der letzten 10 Jahre 2025 2024 2023 2022 2021 2020 2019 2018 2017 2016 2015 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Mio € Grundfinanzierung Projekterträge Industrie Projekterträge öffentliche Hand 13
Daten und Fakten 40 Jahre Fraunhofer ILT Seit 40 Jahren tragen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ILT zur Erfolgsgeschichte des Lasers bei, immer mit dem Ziel, Ideen aus der Forschung effektiv in die Praxis zu übertragen. Seit seiner Gründung in den 1980er-Jahren hat sich das Fraunhofer ILT zu einem der weltweit führenden Zentren für angewandte Lasertechnik entwickelt. Das Ziel war von Beginn an, Laser aus der Forschung in die industrielle Anwendung zu bringen. Der Instituts- gründer Prof. Gerd Herziger verfolgte die Vision eines nationalen Laserinstituts. Sowohl Neuentwicklungen als auch systematische Optimierungen von Laserstrahl- quellen und -anwendungen standen im Fokus der Aktivitäten. Neue Strahlquellen für die Industrie Schon früh lag ein Schwerpunkt auf der Entwicklung leistungs- starker Laserstrahlquellen für die Materialbearbeitung. In enger Kooperation mit Industriepartnern trug das Fraunhofer ILT wesentlich dazu bei, CO2-Laser im industriellen Einsatz zu etablieren. Unter der Ägide von Gerd Herziger, Eckhard Beyer, Peter Loosen und Reinhart Poprawe entstanden leistungsstarke Systeme, die den weltweiten Erfolg laserbasierter Werkzeug- maschinen begründeten. Bis heute sind sie in der Halbleiter- lithografie und vielen weiteren Anwendungen im Einsatz. Technologisch prägte das Fraunhofer ILT früh den Übergang von Gas- zu Festkörperlasern. Mit der Entwicklung diodenge- pumpter Laserquellen und dem INNOSLAB-Laser schufen die Aachener eine Technologie, die hohe Leistung mit exzellenter Strahlqualität verbindet. Diese fand breite Anwendung in der Mikro- und Präzisionsbearbeitung, Messtechnik sowie in wis- senschaftlichen Anwendungen – und bildete die Grundlage für mehrere erfolgreiche Spin-offs. »Tailored Light« Ein weiteres zentrales Forschungsfeld ist die Laseroptik und Strahlformung. Am Fraunhofer ILT entstanden innovative Optikkonzepte, mit denen sich Laserstrahlen optimal an den jeweiligen Prozess anpassen lassen. Multistrahloptiken ermög- lichen die parallele Bearbeitung und steigern die Produktivität erheblich. Damit wurde der Wandel vom universellen Laser- werkzeug hin zu anwendungsspezifisch optimiertem »Tailored Light« entscheidend vorangetrieben. Immer vorn dabei: Additive Manufacturing, Laser für Medizin- und Weltraumtechnik Industrielle Bedeutung erlangte auch die Additive Fertigung mit Lasern. Mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF), das vom Fraunhofer ILT patentiert wurde, legte das Institut bereits Mitte der 1990er-Jahre die Grundlage für den metallischen 3D-Druck. Dieser ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung hochkomplexer Bauteile ab Losgröße eins, insbesondere in der Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt sowie im Turboma- schinenbau. Ergänzend schufen unsere Forschenden mit dem preisgekrönten Extremen Hochgeschwindigkeits-Laserauftrag- schweißen (EHLA) ein Verfahren, das additive Prozesse deutlich beschleunigt und ressourcenschonend gestaltet. Neben der Materialbearbeitung findet Lasertechnologie aus Aachen in der Umwelt-, Klima- und Weltraumforschung Anwendung. Hochstabile Lasersysteme des Fraunhofer ILT liefern wichtige Daten für Klima- und Wettermodelle und tragen zur satellitengestützten Atmosphärenmessung bei. 14
40 Jahre Fraunhofer ILT Zukunftsenergie Fusion Seit im Dezember 2022 an der kalifornischen National Ignition Facility des Lawrence Livermore National Laboratory LLNL erst- mals eine Plasmazündung gelang, die mehr Energie freisetzte als Laserenergie eingebracht wurde, entwickelt das Fraunhofer ILT initiiert durch Prof. Constantin Häfner Basistechnologien in Kooperation mit Industriepartnern. Neben robusten optischen Komponenten zählen dazu Hochleistungslaserdioden, welche die Hochenergielaser künftiger Fusionskraftwerke pumpen sollen. Diese Forschung bringt wertvolle Nebenprodukte hervor: Secondary Sources für neuartige laserbasierte Elektro- nen-, Protonen-, Röntgen- und Neutronenstrahlquellen. Das Instiut heute Vier Jahrzehnte nach der Gründung ist das Fraunhofer ILT, das aktuell von Dr. Jochen Stollenwerk kommissarisch geleitet wird, auf rund 500 Mitarbeitende gewachsen, hat über 40 erfolg- reiche Ausgründungen hervorgebracht und ist seiner Rolle als Innovationsmotor der Photonik treu geblieben. Die hohe Patentaktivität und einzigartige Infrastruktur zeugen davon, dass unser Institut fest in der Zukunft verhaftet ist. Link zum Jubiläumsvideo Forschende am Fraunhofer ILT entwickeln im Bereich Medizin- technik ein laserbasiertes System für Schädeloperationen am wachen Patienten, das Knochen leise und vibrationsfrei abträgt und dabei die Restknochendicke mikrometergenau misst. Laser stehen zudem im Mittelpunkt digitaler Prozessketten, in denen sich personalisierte Implantate additiv fertigen lassen. KI als Innovationstreiber Das Fraunhofer ILT entwickelte früh das Konzept der »Digi- tal Photonic Production«, bei dem Laserprozesse vollständig digital geplant, simuliert und überwacht werden. Sensorik, Modellierung und KI-basierte Auswertung ebnen den Weg zu adaptiven Prozessen, vorausschauender Wartung und effi- zienter, qualitätsgesicherter Fertigung. Ein Kernthema ist die KI-gestützte Automatisierung. Mit Sensor- und Prozessdaten sollen adaptive selbstlernende Laseranlagen im laufenden Prozess Abweichungen erkennen und in Echtzeit Parameter und Strahlprofile anpassen mit dem Ziel einer First-Time-Right- Production. Quantentechnologie aus Aachen Laser sind zentrale Enabler der Quantentechnologie – etwa zum Kühlen und Manipulieren von Atomen, Ionen und Photonen. Das Fraunhofer ILT treibt seit Jahren photonische Schlüsseltechnologien von der Herstellung hochkomplexer Optiken und Ionenfallen bis zur Hardwareentwicklung für das Quanteninternet der Zukunft voran. Die Photonik wird so zur Schlüsseltechnologie für Quantencomputing, -kommunikation und -sensorik. Kürzlich nahm das Fraunhofer ILT den ersten Quanteninternet-Knoten in Aachen in Betrieb. Die Aktivitäten sind in internationale Netzwerke eingebunden, in denen das Fraunhofer ILT teils federführend mitwirkt. 15
Daten und Fakten KI als Treiber für photonische Innovationen Prof Carlo Holly leitet die Abteilung Data Science und Messtechnik am Fraunhofer ILT sowie den Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme TOS an der RWTH Aachen University In beiden Rollen arbeitet er mit seinen Teams daran, das Potenzial von Künstlicher Intelligenz (KI) für die Optik und Photonik zugänglich zu machen Herr Prof Holly, welche Rolle spielt daten- getriebene Innovation am Fraunhofer ILT? Es geht um geschlossene Regelkreise? Wir haben zum Glück schon vor Jahren erkannt, dass wir hier Lösungen finden, die wir für die Optimierung photonischer Prozesse brauchen. Daher sind datengetriebene Innovation und der Einsatz von KI an unserem Institut heute über alle Abteilungen hinweg gängige Praxis. Worum geht es und wo liegt der Nutzen? Unter anderem geht es um KI-basierte Überwachung, Model- lierung und im nächsten Schritt um Optimierung laufender Prozesse. Heute sind FEM-Modelle, Raytracing und CAD-Tools im Design photonischer Prozesse verbreitet – zunehmend in Verbindung mit KI. Das Prozessmonitoring und die Quality Inspection sind ebenfalls datengetrieben. Die Inline-Beobach- tung verrät uns immer mehr über Prozesse, etwaige Fehler und in SI-Einheiten messbare physikalische Abweichungen. Allerdings bisher nur rückblickend. Das immer tiefere Verständ- nis der Fehlerursachen ebnet den Weg zu Modellen, mit denen der weitere Prozessverlauf prognostizierbar wird. Das eröffnet die Möglichkeit für aktive, korrigierende Eingriffe. Ja. Unsere Vision ist eine photonische First-time-right-Ferti- gung, deren Prozesse sich bei Bedarf autonom nachregeln. Der Weg dahin führt vom Data Informed Machine Learning hin zum Data & Physics Informed Machine Learning. Reine Sprachmodelle, die technische Inhalte aus Sprache extrahieren, greifen in der Photonik zu kurz. Wir können auf tiefgreifen- dem Prozessverständnis und physikalischem Wissen aufbauen. Wenn etwa in der Lasermaterialbearbeitung die optimale Intensitätsverteilung auf einem Werkstück bekannt ist, geht es nur noch darum, sie im Prozess zu realisieren. Mein RWTH-Lehrstuhl forscht daran, mit KI-Methoden auch das Optik-Design zu automatisieren. Das würde es erlauben, Laserstrahlengänge schnell, effizient und kostengünstig an spezifische Fertigungsprozesse zu adaptieren. Zudem treiben wir am International Center for Networked Adaptive Produc- tion – ICNAP Aachen datengetriebene Innovationen voran. Es bringt als offenes Netzwerk digitale Enabler, produzierende Unternehmen, Forschungsinstitute und Hochschulen zusam- men, damit sie die neuen Ansätze in die industrielle Praxis übertragen. Da sich hinter dem Begriff KI ein ganzer Zoo an Methoden und Tools verbirgt, entwickeln wir zudem eine stetig aktualisierte Landkarte der verfügbaren Modelle, Methoden und Einsatz- felder. Diese können interessierte Unternehmen einsehen. Als INCAP-Mitglieder haben sie zudem Einfluss auf unsere Frage- stellungen und Forschungsthemen. 16
KI als Treiber für photonische Innovationen Zukunftsmarkt Quantentechnologien Prof. Carlo Holly bei seinem Vortrag auf der Konferenz »KI in der Photonik« in Berlin, © SPECTARIS, Regina Sablotny. Für die nächste Parameteroptimierung müssen wir dann teils nicht mehr an die Anlage. Wir geben dem Modell eine Zielspe- zifikation vor, der es sich invers annähert: Es trifft anhand der Zielvorgabe eine Vorhersage der optimalen Prozessparameter. Um Ausreißern vorzubeugen, setzen wir enge Leitplanken, damit sich der Algorithmus auf sinnvolle Optimierungsszena- rien fokussiert. Auf die Art finden wir KI-gestützt binnen 15 Minuten und mit einem Dutzend Probebohrungen optimale Einstellungen für Prozesse, wofür es bisher zwei bis drei Tage und Dutzende Bleche brauchte. Die KI-Iteration lässt sich auf Laserpulse und deren Abfolge, auf Rep-Raten oder Strahlfor- men übertragen. Trotz aller Komplexität der Wechselwirkung iteriert das Modell im Wechselspiel aus Experiment, Messung, Analyse und gezielter Parameteranpassung rasend schnell. KI beschleunigt das LIBS-Verfahren zur sortenreinen Rückgewinnung von Feuerfestmaterialien. Wohin geht die Reise in der KI? Wir arbeiten an der Übertragbarkeit der Methoden und Tools. Ein weiterer Ansatz sind Surrogate Modelle. Das sind stark ausgedünnte Repräsentationen realer Prozesse für schnell aus- wertbare Modellierungen anstelle stundenlanger numerischer Simulation oder zeit- und kostenintensiver Experimente. Zudem liefern sie nicht nur rückblickende Ergebnisse, sondern auch sehr präzise Zielgrößen für eine optimierte Prozessteuerung. Solche Prognosen benötigen viele Anwender. Inwiefern? Nehmen wir zum Beispiel das Extreme Hochgeschwindigkeits- Laserauftragschweißen EHLA. Hier kommt es auf optimale Parametrierung an. Das war anfangs ein monatelanger iterativer Prozess mit vielen hundert Experimenten, Analysen, Querschnitten, Querschliffen etc., der hohe Material- und Personalkosten verursachte. Heute ermitteln wir im systema- tischen Abgleich von Parameter-Input und Qualitäts-Output unterstützt von KI-optimierten Qualitätsmetriken. KI hilft bei der Datenerfassung und Analyse der Versuchsergebnisse – und die Surrogate Modelle bei der Versuchsplanung. Wir führen ein halbes Dutzend Experimente durch, werten sie aus und füttern damit einen Algorithmus, der dann automatisiert ermittelt, welche Parameter wir als nächstes testen sollten. Statt iterativ alle Laserleistungen gegen alle Vorschubgeschwindigkeiten zu testen, kommen wir mit einem Bruchteil der Versuche aus und kommen viel schneller zum Ziel. Hinzu kommt, dass das Surrogate Modell beim Durchlaufen dieser Schleife dazulernt. 17
Forschungsmärkte Forschungsmärkte des Fraunhofer ILT Lasertechnik bietet in unterschiedlichen Märkten attraktive Lösungen zu anspruchsvollen Aufgaben und setzt Maßstäbe hinsichtlich Qualität, Flexi- bilität und Produktivität. Ob als Werkzeug oder Messmittel, als Diagnose- oder Therapieinstrument oder als Kommunikationsmedium: Der Laser bietet vielfache Einsatzmöglichkeiten in unterschiedlichsten Branchen. Das Fraunhofer ILT ist durch seine erfolgreiche Forschung und seine zukunfts- weisenden Entwicklungen seit rund 40 Jahren ein bevorzugter Innovations- partner der Industrie. Die Kernaktivitäten decken ein weites Spektrum ab: von der Entwicklung neuer Laserstrahlquellen und optischer Komponenten über Lasermesstechnik und Lasermaterialbearbeitung bis hin zu Medizintech- nik und Quantentechnologie. Die mehreren hundert Kunden des Fraunhofer ILT stammen aus unterschiedlichen Branchen der produzierenden Industrie von der metallverarbeitenden bis zur Kunststoffindustrie, von der Halbleiter- bis zur Energietechnik, vom Automobilbau bis zur Raumfahrtindustrie und natürlich von der Photonik bis zur Quantentechnologie. Gemeinsam ist allen Kunden, dass die Ergebnisse der FuE-Projekte eine wirkungsvolle Lösung für praxisbezogene Aufgabenstellungen oder anvisierte Zielsetzungen wie neue oder preiswertere Produkte oder effizientere oder qualitativ bessere Fertigungsprozesse bieten. Um das Verständnis für unsere Forschungsmärkte und damit für die Bedarfe unserer Auftraggeber noch tiefer auszubauen, haben wir fünf Industriezweige und zwei strategische Felder festgelegt, die wir mit besonderer Intensität analysieren und mit lasertechnischen Lösungen begleiten. Dazu zählen: Energiewirtschaft Automobiltechnik und Mobilität Luft- und Raumfahrt Mikroelektronik Medizintechnik und Gesundheit Quantentechnologie Fusion Mit unseren intensiven Forschungsleistungen und anwendungsspezifischen Entwicklungen tragen wir maßgeblich zur Bewältigung der Herausfor- derungen unserer Zeit bei und gestalten die Zukunft von Wirtschaft und Gesellschaft aktiv mit. Das Fraunhofer ILT vereint seine Kompetenzen ab- teilungsübergreifend und ist international sehr gut vernetzt. Von den damit verbundenen Synergien profitieren unsere Auftraggeber. Überzeugen Sie sich selbst von den Innovationen sowie der Expertise des Fraunhofer ILT in ausgewählten, zukunftsrelevanten Märkten! 19
Forschungsmärkte Die Energiewirtschaft steht vor einer gewaltigen Transformation: Erneuerbare Energien, Speichertech- nologien und Wasserstoff sind die Schlüssel zu einer klimaneutralen Zukunft Wie kann Forschung diesen Wandel beschleunigen? Die Energiewirtschaft befi ndet sich im Umbruch. Der Ausbau erneuerbarer Energien, die Speicherung von Strom und die effi ziente Nutzung von Ressourcen sind entscheidend, um die Energieversorgung zukunftssicher zu gestalten. Neben Solar- und Windenergie gewinnen Batterietechnologien und Wasserstoff als Energiespeicher zunehmend an Bedeutung. Gleichzeitig müssen bestehende Infrastrukturen modernisiert und digitale Lösungen für eine fl exible Energienutzung ent- wickelt werden. Das Fraunhofer ILT leistet mit innovativen Lasertechnologien einen wichtigen Beitrag zur Energiewende. Neue Verfahren verbessern die Herstellung von Batteriemodulen, steigern die Effi zienz von Photovoltaikzellen und optimieren die Produktion von Wasserstoffkomponenten. Auch im Tur- binenbau sorgen laserbasierte Fertigungs- und Reparaturme- thoden für mehr Nachhaltigkeit und Wirtschaftlichkeit. Durch die enge Zusammenarbeit mit der Industrie bringt das Fraun- hofer ILT zukunftsweisende Technologien schneller zur Anwen- dung – für eine zuverlässige, klimafreundliche und bezahlbare Energieversorgung. https://s.fhg.de/Energiewirtschaft Forschungsmarkt Energiewirtschaft am Fraunhofer ILT Batterietechnologie Wasserstofftechnologie Turbinenbau Photovoltaik 21
Forschungsmärkte Laserprozesse für Batterien und Wasserstoff Lasertechnik macht zentrale Bausteine der Energiewirtschaft zukunftsfähig: Sie steigern Qualität und senken Ausschuss bei Batterien; sie machen Elektrolyseure effizienter und günstiger. Präzision und Effizienz dank Mikroschweißen Elektroden strukturieren Ein wesentlicher Ansatzpunkt für neue Batterie- technologien ist die Materialveredelung auf Nanoebene, bei der Rohstoffe gezielt auf- bereitet und funktionalisiert werden, um ihre Leistungsfähigkeit in Batterien zu maximieren. Für hohe Leistung ist die Oberflächenbe- schaffenheit ein maßgeblicher Faktor. Eine am Fraunhofer ILT entwickelte Multistrahloptik teilt die Laserstrahlung in mehrere Teilstrahlen und bearbeitet das 250-Millimeter-Band einer Lithium-Ionen-Batterieanode parallel. So ent- stehen definierte Strukturen, die Energiedichte und Schnellladefähigkeit erhöhen. Die Elektrodenherstellung profitiert zudem von der Integration künstlicher Intelligenz in den Fertigungsprozess. Am Fraunhofer ILT entwickeln Forschende KI-gestützte Ansätze, die Prozessdaten auswerten und Parameter systematisch optimieren. So steigen Qualität und Durchsatz, zugleich rückt eine weitge- hend autonome Fertigung näher. https://s.fhg.de/pyAq Die Zukunft der Batteriefertigung in Europa kann nur durch den Einsatz modernster Tech- nologien gesichert werden. Lasertechnik bietet Lösungen, um die Anforderungen an Effizienz, Präzision und Nachhaltigkeit zu erfüllen, ob in der Materialbearbeitung, der Elektrodenher- stellung oder im Recycling. Die präzise Verbindung der Elektrodenma- terialien spielt eine wesentliche Rolle für die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit von Batterien. Eine der entscheidenden Innova- tionen des Fraunhofer ILT ist in diesem Zusam- menhang die Entwicklung von Verfahren, die das Fügen von Aluminium und Kupfer, beides Materialien mit sehr unterschiedlichen phy- sikalischen Eigenschaften, sicher und präzise ermöglichen. Mithilfe modernster Laserstrahl- führung kann die Einschweißtiefe kontrolliert werden, um empfindliche Zellen nicht zu beschädigen. Das Laser-Mikroschweißen hat sich mittler- weile als Schlüsseltechnologie etabliert. Es ermöglicht kontaktloses, hochpräzises Fügen von Materialien. Die geringe thermische Belastung schützt die empfindliche Zellchemie, gleichzeitig sinken die Übergangswiderstände und die elektrische Leitfähigkeit steigt. Laser- Mikroschweißen bietet eine Kombination aus Flexibilität und Effizienz, die traditionelle Schweißverfahren nicht erreichen können. https://s.fhg.de/Fn7f Energiewirtschaft Batterietechnologie Wasserstofftechnologie Turbinenbau Photovoltaik 22
Laserbearbeitung von Bipolarplatten für die Herstellung von Brennstoffzellen am Fraunhofer ILT. Laser ersetzt Edelmetallbeschichtung Poröse Zonen aus dem Metall-3D-Druck Ein weiterer Baustein, um Elektrolyseure zu verbessern, kommt aus dem Metall-3D-Druck. Mit dem Laser Powder Bed Fusion (LPBF) Verfahren kann das Fraunhofer ILT lokale Porosität gezielt erzeugen, sodass ein Bauteil in einem Schritt sowohl gasdichte als auch durchlässige Bereiche mit klaren oder gra- dierten Übergängen erhält. Da Elektrolyseure aus komplex aufgebauten Zellstapeln mit verschiedenen Funktionsschich- ten bestehen, prüfen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler derzeit am Fraunhofer ILT, ob sich diese Schichten nicht auch direkt additiv fertigen lassen, inklusive gezielt permeabler, also durchlässiger Bereiche. Damit entfallen separate Metallschäume oder Gewebe, die sonst extra gefertigt und ein- gebaut werden müssten. Ziel der Forschung ist, die Zahl der Einzelteile zu reduzieren und so Effizienz, Materialeinsatz und Produktions- kosten der Elektrolyseure zu verbessern. https://s.fhg.de/qmZ8 »Ohne innovative Laserprozesse ist eine wett- bewerbsfähige und nachhaltige Batterieproduk- tion in Europa kaum denkbar.« Dr. Tim Lantzsch Aber nicht nur Energiespeicher auf elektroche- mischer Basis werden in der Energiewirtschaft der Zukunft eine entscheidende Rolle spielen. Vor allem bei industriellen Anwendungen wird kein Weg an Wasserstoff als Energieträger vorbeiführen. Aktuell fehlt es jedoch an aus- reichend Elektrolyseuren, um grünen Strom effizient in Wasserstoff umzuwandeln. Im Oktober 2025 startete daher das For- schungsprojekt »KI-unterstütztes Schweißen und Schneiden von Streckgittern bei der effizienten Herstellung von Elektrolyseuren (KISSSEs)«. Ziel des Gemeinschaftsprojekts ist die Entwicklung einer Technologie, die eine kostengünstigere Herstellung von Elektro- lyseuren ermöglicht. Viele Elektrolyseure besitzen edelmetallbe- schichtete Gitter, die den Strom in die Zelle leiten und gleichzeitig Wasser und Gase durchlassen. Statt die Gitter wie bisher zu beschichten, verbessern die Projektpartner die Kontaktstellen direkt mit dem Laser. KI hilft dabei, in den unregelmäßigen Gitterstruk- turen passende Punkte zu finden. Der Laser verbindet diese Punkte präzise, senkt den elektrischen Widerstand und erhöht so die Effizienz. So sollen Gitter mit hoher Leitfähig- keit entstehen, ohne dass eine Edelmetall- beschichtung nötig ist. https://s.fhg.de/tcHH 23
Forschungsmärkte Neue Wege für die Mobilität Die Automobiltechnik verändert sich rasant – neue Antriebe, nachhaltige Materialien und smarte Fertigungs- methoden bestimmen die Zukunft Forschung spielt dabei eine entscheidende Rolle Die Mobilität der Zukunft muss umweltfreundlich, effizient und sicher sein. Neben nachhaltigen Antrieben wie Elektromotoren oder Wasserstoffantrieben gewinnen digitale Technologien und neue Werkstoffe an Bedeutung. Autonomes Fahren, ver- netzte Verkehrsstrukturen und smarte Produktionsmethoden verändern die Branche grundlegend. Hier setzt die Forschung an: Neue Batterietechnologien verbessern die Reichweite von Elektrofahrzeugen, während Leichtbaumaterialien den Energieverbrauch senken. Auch Fertigungsprozesse entwickeln sich weiter – innovative Laserverfahren ermöglichen eine prä- zise und automatisierte, schnelle und ressourcenschonende Produktion. Das Fraunhofer ILT arbeitet mit Industriepartnern an Lösungen für diese Herausforderungen. Ob effiziente Batteriemontage, neuartige Fügetechniken für den Leichtbau oder fortschrittliche Sensortechnologien für das autonome Fahren – der Einsatz von Lasertechnik leistet einen entscheidenden Beitrag zur Mobilitätswende. So entstehen sichere, nachhaltige und leistungsfähige Fahrzeuge für die Zukunft. 24
© AdobeStock 714698197 | Patrick Helmholz. https://s.fhg.de/Automobiltechnik Forschungsmarkt Automobiltechnik und Mobilität am Fraunhofer ILT E-Mobilität Leichtbau Lighting 25
Forschungsmärkte Am Fraunhofer ILT additiv gefertigtes Aluminium-Druckgusswerkzeug zur Herstellung des Toyota Yaris Hybrid- Getriebegehäuses, © Toyota Europe. »Für eine wett- bewerbsfähige und nachhaltige Mobilität braucht es Fertigungs- prozesse, die Präzision, Effizienz und reproduzier- bare Qualität verbinden.« Dr. Alexander Olowinsky 26 Additiv gedruckte Druckgusswerk- zeuge für große Aluminiumteile Für große Strukturbauteile braucht es ent- sprechende Druckgusswerkzeuge, die einerseits hohe Temperaturen aushalten und zugleich Wärme gezielt abführen. Gemeinsam mit MacLean-Fogg fertigte das Fraunhofer ILT dafür ein komplexes Werkzeuginlay per Laser Powder Bed Fusion (PBF-LB/M). Das additiv gefertigte Werkzeug für das Getriebegehäuse eines Toyota Yaris Hybrid besitzt konturnahe Kühlkanäle, die sich spanend nicht herstellen lassen. Ein konven- tioneller Vorformling lieferte die Basis, additiv ergänzte Bereiche erzeugten anschließend ein leistungsfähiges Druckgusswerkzeug. Wie sich zeigte, verkürzt das neue Verfahren Zeit und senkt Kosten, zugleich lassen sich Varianten auf einer gemeinsamen Werkzeugplattform umsetzen. Damit das Verfahren auch bei sehr großen Einsätzen für Mega- und Giga-Casting skaliert werden kann, entwickelte das Fraunhofer ILT eine gantry-basierte 5-Laser PBF-LB/M-Maschine mit beweglichem Bearbeitungskopf und lokaler Schutzgasführung weiter. Es entstand ein beheizbares Substratmodul, das die Bauplatt- form auf 200 °C aufheizt, damit Spannungen im Aufbau verhindert werden und das Risiko für Risse minimiert wird. Im Ergebnis lassen sich nun Werkzeuge mit über 20.000 cm³ Volumen reproduzierbar dru- cken. Die Form für Toyota entstand in weniger als zehn Tagen inklusive vorbereitender Schritte. Die konturnahe Kühlung senkt lokale Temperaturspitzen, reduziert Verschleiß und erhöht die Standzeit der Werkzeuge deutlich. https://s.fhg.de/68KR Lasertrocknung für Batteriezellen: schneller, kompakter, sparsamer Auch bei einem anderen Projekt entstand eine hybride Lösung: Im Forschungsprojekt IDEEL (Implementation of Laser Drying Processes for Economical & Ecological Lithium Ion Battery Production) setzte das Fraunhofer ILT auf ein Trocknungskonzept aus Lasermodul und Heißluft. Die Forschenden setzten zusätzlich Laserenergie ein, weil die Elektrodentrock- nung für die Antriebsbatterie von Elektroautos im Rolle-zu-Rolle-Prozess besonders energie- intensiv ist. Der Laser übernimmt hier die schnelle Erwärmung und Vortrocknung, der nachgelagerte Ofen hält die Temperatur und trocknet final durch. Das Konzept lässt sich auch in Bestandsanlagen nachrüsten. Der Demonstrator erreichte bei der Trocknung eine Bahngeschwindigkeit von 30 m/min und verkürzte die Trocknungszeit um mehr als 60 Prozent; die nötige Ofenlänge halbiert sich. So sinken die operativen Kosten um 20 bis
Forschungsmärkte Laserprozesse für große Bauteile und neue Antriebe Die Mobilität wandelt sich rasant und setzt Europa sowohl strukturell als auch konzeptionell unter Druck, da Autos zunehmend aus großen Strukturbauteilen bestehen und Batterien und Wasserstoffsysteme sowohl leistungsfähiger als auch günstiger werden müssen 30 Prozent und die CO2-Bilanz verbessert sich durch weniger Ofenbetrieb. Damit der Prozess stabil läuft, entstand eine integrierte Thermografiekamera mit industrie- kompatibler Datenausgabe, die die Zieltem- peratur auch bei wechselnder Geschwindig- keit und Schichtdicke einhält. Ergänzend entwickelte das Projektteam eine modulare Lasertrocknungseinheit mit Luftkonzept und Doppelkammer-Breitschlitzdüsen für wasser- basierte Batteriepasten. Tests zeigten zudem, dass die Ergebnisse der Hybridtrocknung der Konvektion nicht nachstehen – bei Adhäsion, Restfeuchte, Leitfähigkeit und elektrochemi- schen Eigenschaften. https://s.fhg.de/34w Hybrid Compound Bipolarplatten für Brennstoffzellen im Schwertransport Für schwere Nutzfahrzeuge reicht die Kapa- zität einer Batterie oft nicht aus, weil Masse, Ladeleistung und Ladezeiten den Einsatz begrenzen. Die Projekte BiFoilStack und HyCoFC setzen hier an mit der Entwicklung von Bipolarplatten für langlebige, kosten- günstige und leistungsstarke Brennstoff- zellen speziell für Schwerlastanwendungen. Immerhin entfallen in der EU etwa 30 Prozent der CO2-Emissionen im Mobilitätssektor auf Schwerlasttransporte. HyCoFC kombiniert eine metallische Träger- folie mit einer leitfähigen Compoundfolie, um Robustheit, Leitfähigkeit und Korrosions- beständigkeit zusammenzubringen. Das Fraunhofer ILT entwickelt dafür Laserprozesse, mit denen sich die Hybrid-Compound-Bipolar- platten fertigen und bearbeiten lassen. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Ent- wicklung von Verfahren, die sich wirtschaftlich hochskalieren lassen und eine kostengünstige Fertigung großer Stückzahlen ermöglichen. Das Fraunhofer ILT-Team arbeitet im Projekt an einem selektiven Schichtabtrag, um die elektrische Leitfähigkeit zu erhöhen, und testet laserstrahlgeschweißte Verbindungen, die wasserstoffdicht und reproduzierbar sind. Projektpartner BiFoilStack und HyCoFC Thyssenkrupp Steel Europe (Projektkoordination) FEV Europe GmbH Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT Clean-Lasersysteme GmbH Schepers GmbH & Co. KG Dätwyler Sealing Solutions Germany GmbH & Co. KG RWTH Aachen University (VKA) Accelera by Cummins https://s.fhg.de/dJEG Großflächige Entschichtung einer Compound-Bipolarplatte. Automobiltechnik und Mobilität E-Mobilität Leichtbau Lighting 27
Forschungsmärkte Weniger Gewicht, mehr Effizienz, neue Antriebe, immer kürzere Innovationszyklen: Die Luft- und Raumfahrt steht vor technologischen Herausfor- derungen Wie können moderne Laserverfahren den Wandel vorantreiben? Die Luft- und Raumfahrtindustrie entwickelt sich rasant. Elektrische und hybride Antriebe, leichtere Materialien und autonom fliegende Systeme revolutionieren den Markt. Gleichzeitig wachsen die Anforderungen an Nachhaltigkeit, Ressourcenschonung und Effizienz. Neue Fertigungsprozesse sind gefragt, um leichtere, leistungsfähigere und kosteneffi- ziente Komponenten herzustellen. Das Fraunhofer ILT arbeitet mit führenden Unternehmen an innovativen Verfahren und Systemen. Im Turbinenbau ermöglichen laserbasierte Reparatur- und Fertigungsverfahren eine längere Lebensdauer und höhere Effizienz. Die Additive Fertigung mit Lasertechnologie eröffnet völlig neue Perspektiven für den Leichtbau – sowohl in der Luft- fahrt als auch in der Raumfahrt. Gerade in der kommerziellen Raumfahrt gewinnen lasertechnische Lösungen auch außer- halb der Produktionstechnik an Bedeutung. So liefern satelliten- gestützte Laser präzise Umwelt- und Klimadaten und eröffnen neue Möglichkeiten in Navigation und Kommunikationstechnik. Durch enge Kooperationen mit Industrie und Forschung ent- wickelt das Fraunhofer ILT zukunftsweisende Technologien für eine effizientere und nachhaltigere Luft- und Raumfahrt. https://s.fhg.de/Luft-undRaumfahrt Forschungsmarkt Luft- und Raumfahrt am Fraunhofer ILT Leichtbau Turbinenbau Satellitengestützte Messtechnik 29
Forschungsmärkte Vom Triebwerk bis zur Atmosphärenmessung im Orbit Neue Antriebe, autonome Systeme und Kleinstsatelliten verändern die Luft- und Raumfahrt Das Fraunhofer ILT trägt dazu mit drei Schwerpunkten bei: additiv gefertigte Hochleistungsbauteile, robuste Hybridbauteile sowie weltraumtaugliche Laserstrahlquellen für satelliten- gestützte LIDAR-Messinstrumente Additiv fertigen und gezielt reparieren Additive Fertigung gewinnt in der Luft- und Raumfahrt an Bedeutung, weil Bauteile leich- ter werden sollen, zugleich aber hohen Belas- tungen standhalten und schneller verfügbar sein müssen. Am Fraunhofer ILT stehen dafür zwei laserbasierte Verfahren im Fokus: Laser Powder Bed Fusion (LPBF) und Laser Material Deposition (LMD). Mit LPBF entstehen präzise Leichtbaukomponenten mit hoher Festigkeit. Damit lassen sich Konstruktionen realisieren, die Gewicht reduzieren und zugleich die Anforderungen an Sicherheit und Qualität zuverlässig erfüllen. Bei Triebwerken und Startsystemen spielt LMD seine Vorteile aus. Das Verfahren baut Material lokal auf und erlaubt Formen sowie innere Strukturen, die sich konventionell nur mit großem Aufwand herstellen lassen, wie etwa filigrane, dünnwandige Kühlkanäle in Bau- teilen, die hohen thermischen Lasten stand- halten. Dadurch wird die Bauteilentwicklung flexibler und der Weg von der Auslegung zur fertigen Komponente verkürzt sich deutlich. Auch im Betrieb eröffnet LMD zusätzliche Spielräume. Statt Komponenten vollständig auszutauschen, lassen sich verschlissene oder beschädigte Bereiche erneuern. Das verlän- gert die Nutzungsdauer, spart Material und reduziert Abhängigkeiten bei Ersatzteilen. Gerade bei sicherheitskritischen Komponen- ten, bei denen Verfügbarkeit und Lieferzeiten eine große Rolle spielen, senkt dieser Ansatz Kosten und erhöht die Einsatzbereitschaft. Metall und Kunststoff stabil verbinden Leichtbau nutzt oft unterschiedliche Materialien, die ihre jeweiligen Stärken in einem Bauteil vereinen. Damit Hybridbauteile aus Metall und Kunststoff dauerhaft hohen mechanischen und thermischen Belastungen standhalten, entwickelt das Fraunhofer ILT laserbasierte Verfahren zur Oberflächenstrukturierung von Metallen. Durch den Laser entstehen fein defi- nierte Mikrostrukturen, in die der Kunststoff beim Fügen einfließt und sich formschlüssig verankert. So entsteht eine belastbare Verbindung ohne zusätzliche Befestigungselemente. Das verbessert die Gewichts- und Funktionsbilanz der Bauteile und erhöht zugleich die Zuverläs- sigkeit der Schnittstelle zwischen den Werk- stoffen. Besonders relevant ist dieser Ansatz für Anwendungen, bei denen Leichtbau und strukturelle Stabilität gleichzeitig gefragt sind, etwa in Strukturkomponenten von Flugzeugen sowie in Bereichen, die zusätzlich erhöhten Temperatur- und Vibrationsbelastungen aus- gesetzt sind. https://s.fhg.de/YVMT »Mit Additiver Fertigung können wir leichtere und zugleich hochbelastbare Bauteile effizient herstellen und gezielt instand- setzen.« Dr. Thomas Schopphoven 30
Aus Luft und Orbit Treibhausgase messen Für Klimaschutz, verlässliche Wettervorhersa- gen und robuste Klimamodelle braucht es Messdaten, die räumlich dicht und über lange Zeiträume vergleichbar sind. Satellitengestützte LIDAR-Instrumente leisten dazu einen wich- tigen Beitrag: Sie senden definierte Lichtimpulse aus und werten das zurückgestreute Signal aus, um Spurengase und vertikale Profile in der Atmosphäre zu bestimmen. Am Fraun- hofer ILT entstehen dafür weltraumtaugliche Laserstrahlquellen, die diese Messsysteme mit genau definierten Wellenlängen versorgen. Bei Methan liegt der Vorteil gegenüber rein passiven Verfahren vor allem in der Messstra- tegie. Passive Verfahren sind auf Sonnenlicht angewiesen und liefern je nach Beleuchtung, Untergrund und Bewölkung nur eingeschränkt nutzbare Daten. LIDAR nutzt dagegen zwei eng benachbarte Laserwellenlängen im nahen Infrarot: Eine Wellenlänge liegt in einem Bereich, in dem Methan Licht stärker absorbiert, die andere in einem Referenzbe- reich mit deutlich geringerer Absorption. Aus dem Unterschied beider Signale lässt sich die Methankonzentration entlang des Messpfads zuverlässig bestimmen. Für die Mission MERLIN entwickelt das Fraun- hofer ILT gemeinsam mit Partnern aus For- schung und Industrie, darunter Airbus Defence and Space und ADLARES, eine weltraumtaug- liche Laserstrahlquelle. Sie erzeugt die präzise abgestimmten Wellenlängen, mit denen das System Methan aus einer Umlaufbahn von rund 500 Kilometern Höhe erfassen kann. Der Einsatz im All stellt hohe Anforderungen: Die Laser müssen Schock- und Vibrations- belastungen beim Start sowie starke Tem- peraturwechsel im Orbit aushalten und über mehrere Jahre stabil arbeiten. https://s.fhg.de/8m98 Laserquelle für Wasserdampf Im Projekt QLEO – Laser Breadboard for Future Water Vapor LIDAR entsteht eine Laserquelle, die aus einer sonnensynchronen Umlaufbahn Wasserdampf- und Aerosolprofile in der Tro- posphäre erfassen soll. Dafür ist ein LIDAR im nahen Infrarot vorgesehen. Das Messprinzip benötigt vier eng benachbarte Laserwellen- längen, die in schneller Folge als kurze Pulse ausgesendet werden, damit sich Wasserdampf zuverlässig von Referenzsignalen trennen lässt. Eine passende weltraumtaugliche Hochleis- tungs-Laserquelle in diesem Spektralbereich steht bislang nicht als Standard zur Verfügung. QLEO prüft deshalb zwei technische Wege, um aus einer etablierten Laserbasis im Infrarot die benötigten Wellenlängen zu erzeugen. https://s.fhg.de/ik24 1 Helikopter mit LIDAR-System und vom Fraunhofer ILT entwickelter Strahlquelle, © Fluxys Belgium, David Samyn. 2 Nachfolger des ADM Aelus Satelliten mit vom Fraunhofer ILT entwickelter Strahlquelle soll mit einem kräftigen UV-LIDAR-System Windprofile über der Erde im Detail vermessen, © ESA/ATG medialab. Luft- und Raumfahrt Leichtbau Turbinenbau Satellitengestützte Messtechnik 31
Forschungsmärkte Immer leistungsfähiger, energieeffizienter und kom- pakter – Mikroelektronik ist das Rückgrat der digitalen Welt Wie helfen Lasertechnologien, die Grenzen des Machbaren zu verschieben? Die Mikroelektronik erreicht physikalische Grenzen, während gleichzeitig neue Anwendungen wie KI, Quantencomputing und das Internet der Dinge leistungsfähigere Chips erfordern. Strukturen im Nanometerbereich, flexible Materialien sowie neue Materialkombinationen und energieeffiziente Herstellungs- verfahren sind entscheidend, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Die Ultrakurzpulsbearbeitung ermöglicht es, sen- sible Materialien zu strukturieren, ohne thermische Schäden zu verursachen. Mit selektivem Laserätzen entstehen Interposer, optoelektronische Bauteile sowie mikrofluidische Kanäle für Sensoren oder biomedizinische Anwendungen. Die EUV-Litho- graphie profitiert von neuartigen Strahlquellen und Metrologie- verfahren. Leistungsstarke Laser treiben Plasmaquellen an, die extrem ultraviolette Strahlung erzeugen und so die weitere Miniaturisierung ermöglichen. Auch in der Aufbau- und Verbin- dungstechnik kommen Laser zum Einsatz. Glaslotbonden und Laserstrahlschweißen schaffen stabile, hermetische Verkapse- lungen für empfindliche Mikrosysteme. Durch die Kombination von Lasertechnik und digitalen Fertigungsmethoden entstehen neue Produktionsprozesse, die nicht nur leistungsfähigere Bau- teile ermöglichen, sondern auch Materialeinsatz und Energie- verbrauch reduzieren. https://s.fhg.de/MikroelektronikMarkt Forschungsmarkt Mikroelektronik am Fraunhofer ILT Additiv gefertigte Sensorik Laserbasiertes Packaging Halbleitertechnik 33
Forschungsmärkte Präzision skalieren, Prozesse verstehen, Funktionen integrieren Miniaturisierung, 3D-Integration und KI treiben die Mikroelektronik weiter an Am Fraunhofer ILT stehen dafür laserbasierte Prozesse und Messmethoden im Fokus Austausch, Systemtechnik und Anwendungen für die Mikroelektronik Miniaturisierung, 3D-Integration und KI treiben die Mikroelektronik weiter an. Am Fraunhofer ILT entstehen dafür laserbasierte Prozesse und Messmethoden. Besonders Ultrakurzpuls (UKP)-Laser ermöglichen es, kleinste Strukturen präzise, materialschonend und stabil zu erzeugen. Vor diesem Hinter- grund kommt dem UKP-Workshop in Aachen eine besondere Bedeutung zu. Er zeigt aktuelle UKP-Laseranwendungen aus Industrie und Forschung und legt den Fokus auf Skalierung und Produktivität, etwa durch Strahlformung, schnelle Strahlablenkung, leistungsstarke Strahlquellen und passende Systemtechnik. Für die Mikroelektronik ist dieser Fokus unmittelbar relevant. Während die Strukturen immer kleiner werden, steigen zugleich die Anforderungen an Durchsatz, Wiederhol- genauigkeit und Prozessstabilität. Das betrifft Waferprozesse ebenso wie das Bearbeiten dünner Funktionsschichten oder empfind- licher Substrate, bei denen thermische Effekte, Partikel und Mikrodefekte die Ausbeute direkt beeinflussen. Entscheidend ist daher, dass Prozesse über lange Laufzeiten reproduzierbar bleiben, sich sicher in bestehende Anlagen und Reinräume integrieren lassen und im Takt der Fertigung arbeiten. Genau diese Fragen standen beim UKP- Workshop 2025 im Vordergrund: Wie lassen sich UKP-Prozesse von der Laboranwendung in robuste Produktionsfenster überführen? Welche Rolle spielen Strahlformung, Multi- strahlkonzepte und schnelle Strahlablenkung, um Flächenprozesse zu beschleunigen, ohne die Präzision zu verlieren? Und wie unterstützt Mess- und Prozessüberwachung eine stabile Qualität, wenn Material, Schichtdicke oder Bauteilgeometrie variieren? Entsprechend zeigten Beiträge und Diskussionen Beispiele aus dem Umfeld von Waferlevel-Prozessen und materialschonender Bearbeitung. Live- Einblicke direkt in den Laboren des Fraunhofer ILT offenbarten, wie sich hohe und mittlere Leistungen mit prozesssicherer Strahlführung und geeigneter Systemtechnik in High-Power- Setups umsetzen lassen. https://s.fhg.de/LB3p Ein schneller Puls statt Scannen Mit dem optischen Stempeln setzen Forschen- de am Fraunhofer ILT einen Ansatz um, der Mikrostrukturen in einem einzigen Laserpuls erzeugt, ohne die Fläche zeitaufwändig mit einem Spot abzufahren. Ein Spatial Light Modulator (SLM) formt dafür das Intensitäts- profil per Software zum gewünschten Muster und überträgt es direkt auf die Oberfläche. Das verkürzt Prozesszeiten deutlich; erste Tests zeigen Einsparungen von mindestens 80 Prozent. Mikroelektronik Additiv gefertigte Sensorik Laserbasiertes Packaging Halbleitertechnik 34
Für mikroelektronische Anwendungen ist die Kombination aus Reproduzierbarkeit und Musterflexibilität besonders wertvoll. Das Verfahren erlaubt schnelle Anpassungen, wenn sich Bauteilanforderungen, Folgepro- zesse oder Layouts ändern. Zudem eröffnet es neue Wege, funktionale Flächen im großen Maßstab herzustellen, ohne mechanisches Umrüsten an der Optik. https://s.fhg.de/jmZS Prozesse sichtbar machen, Qualität absichern Laserprozesse werden in der Mikroelektronik erst dann wirklich industrietauglich, wenn sie sich nicht nur präzise ausführen, sondern auch robust beherrschen und überwachen lassen. Unterschiedliche Forschungsprojekte haben 2025 daher die Themen Datengewinnung, Prozessverständnis sowie -regelung konse- quent vorangetrieben. Gemeinsam mit dem Deutschen Elektronen- Synchrotron (DESY) in Hamburg und weiteren Partnern koppelt das Fraunhofer ILT Laserbe- arbeitung mit hochauflösender Röntgenbild- gebung, um Vorgänge im Prozess direkt zu beobachten. In der Studie entstanden hunder- te Experimente und große Datensätze. Bei der Auswertung nutzten die Forschenden daten- getriebene Methoden, um Prozessfenster besser zu verstehen und Schritte in Richtung adaptiver Prozessführung zu ermöglichen. Das zahlt in der Mikroelektronik unmittelbar auf Yield, Reproduzierbarkeit und Fehlerver- meidung ein – etwa dort, wo kleinste Defekte später die Zuverlässigkeit von Kontakten, Verbindungen oder Gehäusen begrenzen. Mit ihrer herausragenden Brillanz und Inten- sität ermöglicht Synchrotronstrahlung Unter- suchungen mit einer Auflösung im Mikro- und sogar Nanometerbereich, Einblicke in feinste Materialstrukturen und dynamische Prozesse https://s.fhg.de/k5RG EUV-Mikrolithographie für die nächste Chipgeneration Die EUV-Lithographie ermöglicht die Her- stellung von Halbleiterstrukturen im Nano- meterbereich und treibt die Miniaturisierung moderner Chips weiter voran. Am Fraunhofer ILT entstehen dafür Laserplasma-Strahlquellen, bei denen leistungsstarke Laser auf Zinntröpf- chen treffen und ein Plasma erzeugen, das extrem ultraviolette Strahlung im benötigten Wellenlängenbereich emittiert. Neben der Stabilität der Strahlquelle stehen Effizienz und Prozesskontrolle im Mittelpunkt. Ziel ist es, die EUV-Erzeugung so weiterzuentwickeln, dass Lithographiesysteme auch bei kleinsten Strukturen zuverlässig, reproduzierbar und mit hohem Durchsatz arbeiten, auch unter den Bedingungen industrieller Serienfertigung und bei variierenden Prozessparametern. 1 Mit dem optischen Stempeln lässt sich der Strahl eines UKP-Lasers exakt in das gewünschte Muster bringen, wie z. B. ein Schmetterling. 2 Vom 8.–9. April 2025 fand der 8. UKP-Workshop in Aachen statt. »Mikroelektronik braucht Prozesse, die kleinste Strukturen sauber erzeugen und zugleich stabil im Takt laufen.« Dr. Christian Vedder 35
Forschungsmärkte Medizintechnik der nächsten Generation: Präzision für die Gesundheit Hochpräzise Diagnosen, minimalinvasive Eingriffe und personalisierte Medizin – moderne Lasertechnologien sorgen für neue Möglichkeiten in der Medizintechnik Die Medizintechnik entwickelt sich rasant: Künstliche Intelligenz in der Diagnostik, automatisierte Laborsysteme und minimal- invasive Behandlungen verändern die Patientenversorgung. Gleichzeitig steigt der Bedarf an innovativen Lösungen, um die Gesundheitsversorgung effizienter und individueller zu gestalten. Das Fraunhofer ILT setzt auf hochpräzise Photonik-Techno- logien, um neue Behandlungsmethoden zu ermöglichen. Lasersysteme verbessern die Sortierung lebender Zellen und optimieren diagnostische Verfahren mit KI-gestützten Laser- scannern. In der Bioanalytik kommen Laser zur Identifikation von Zellen und Wirkstoffen zum Einsatz, während in der Medizin Laser in der Diagnostik und der minimalinvasiven Chirurgie eingesetzt werden. Mit additiven Fertigungsverfahren verbessert das Fraunhofer ILT die Herstellung individualisierter Implantate. Auch die Entwicklung kompakter Lasersysteme mit reduziertem Bauvolumen trägt dazu bei, innovative Medizin- technik zugänglicher zu machen. Durch die enge Zusammenarbeit mit Kliniken und Industrie entwickelt das Fraunhofer ILT maßgeschneiderte Lösungen für eine innovative und nachhaltige Gesundheitsversorgung – von der präzisen Diagnostik bis hin zur personalisierten Medizin. 36
https://s.fhg.de/MedizintechnikGesundheit Forschungsmarkt Medizintechnik und Gesundheit am Fraunhofer ILT Biofabrikation Bioanalytik und Diagnostik Lasertherapie 37
Das am Fraunhofer ILT entwickelte robotisch assistierte, handgeführte Laseroperationssystem soll mechanisches Highspeed-Fräsen ersetzen und OP-Risiken am offenen Wirbelkörper minimieren. Medizintechnik und Gesundheit Biofabrikation Bioanalytik und Diagnostik Lasertherapie 38 Automatisierte Hochdurchsatz- Sortierung lebender Zellen mit Laserlicht und KI Laser-Tauchsonde für Inline- Monitoring von Wasser und Abwasser Tests an lebenden Zellkulturen werden für die personalisierte Medizin, Wirkstoffentwicklung und klinische Forschung immer wichtiger. Ein neues KI-gestütztes Hochdurchsatzverfahren der Fraunhofer-Institute ILT und IPT ermöglicht es, spezifische Zelltypen automatisiert zu iso- lieren. Mit dem so genannten LIFTOSCOPE können Labore dutzende lebende Zellen pro Sekunde lokalisieren, identifizieren sowie ihre Größe und Schwerpunkte vermessen und analysieren. Anschließend transferieren die Forschenden die Zellen mit dem Laser-Induced Forward Transfer (LIFT) in Mikrotiterplatten – und dies bei Überlebensraten von über 90 Prozent. Das LIFTOSCOPE integriert einen KI-gestützten Hochdurchsatzprozess in ein marktübliches inverses Mikroskop, das über eine Hochge- schwindigkeitskamera und eine Blitzlichtquelle verfügt. Die KI kann hierfür auf das Erkennen von pluripotenten Stammzellen, ebenso wie von High-Producer-Zellen oder Immunzellen trainiert werden. Ziel ist es, die vollautomati- sierte Zellerkennung und den LIFT-Prozess im Sinne hoher Durchsätze zu verstetigen und die Gesamtprozesszeit für eine komplette Mikro- titerplatte auf zehn Minuten zu begrenzen. https://s.fhg.de/XQCw Eine neuartige laserbasierte Tauchsonde, die das Fraunhofer ILT im Zuge BMBF- und EU-geförderter Projekte mit Industriepartnern und Anwendern erprobt, könnte den Weg zu einem fortlaufenden Inline-Monitoring von Wasseraufbereitungsprozessen in Kläranlagen ebnen. Das 2D-Fluoreszenzmessverfahren generiert direkt vor Ort spektroskopische Daten im Klärbecken. Diese sind in Verbindung mit einer intelligenten Auswertesoftware der Schlüssel zu einer energie- und ressourcen- effizienten Wasseraufbereitung. Die Forschenden realisierten das komplexe Inline-Messverfahren, das üblicherweise off- line in Laborgeräten erfolgt, in Form einer handlichen Tauchsonde. Als Strahlquelle dient lasergezündete Xenon-Plasma-Lampe. Über einen Monochromator wird aus ihrem Licht die jeweils gewünschte Wellenlänge gefiltert und über eine optische Faser zur Tauchson- de geleitet. Dort kollimiert eine Linse das Licht der Quelle und fokussiert es mit einer asphärischen Optik am Messpunkt. Dieselbe Optik koppelt Fluoreszenzsignale der gesuchten Inhaltsstoffe in eine weitere Faser ein und überträgt sie zu einem CCD-Spektrometer. https://s.fhg.de/NsYQ
Forschungsmärkte Großes Potenzial für die Gesundheit Der demografische Wandel führt zu besonderen Herausforderungen in der medizinischen Versorgung Lasertechnik ermöglicht Diagnosen mit mehr Zielsicherheit, effizientere Laborprozesse, wirksamere Medikamente und Therapien, schonendere operative Eingriffe sowie individualisierte Implan- tate und eine hochwirksame personalisierte Medizin Außerdem birgt die laserbasierte Inline-Analytik großes Potenzial für den Umweltschutz – eine tragende Säule der Gesundheitsvorsorge Laserosteotom – Robotergestütztes Laserverfahren für Wachoperationen in der Neurochirurgie Weiterentwicklung des Systems für Wirbelsäulen-OPs Um während neurochirurgischer Eingriffe komplexe Hirnfunktionen testen zu können, werden diese an wachen, lokal anästhesierten Patienten durchgeführt. Doch das Öffnen des Schädels im Wachzustand ist für die Betroffenen psychisch äußerst belastend. Ein neues robotergestütztes und optisch präzise überwachtes Laserverfahren des Fraunhofer ILT soll künftig schonende, vibrationsfreie und nahezu lautlose Kraniotomien ermöglichen. Das Knochengewebe des Schädels wird dabei mit kurzgepulster Laserstrahlung abgetra- gen. Da die für das Laser-Kraniotom gefragte Kurzpulslaserquelle mit 3 µm Wellenlänge und 100 ns Pulsdauer kommerziell nicht erhältlich ist, wird sie vom Fraunhofer ILT gemeinsam mit Industriepartnern entwickelt. Um sicher- zustellen, dass der Laserstrahl tatsächlich nur Knochengewebe abträgt und die darunter- liegenden Strukturen wie die Hirnhaut oder das Rückenmark unversehrt bleiben, wird der Laserschneidprozess durch ein OCT (Op- tical-Coherence-Tomography)-Messsystem überwacht. https://s.fhg.de/k22 Für Wirbelsäulen-OPs wollen die Forschenden den vorhandenen Applikator nun miniatu- risieren und als ergonomisches Handstück auslegen, so dass Chirurgen den zurzeit noch automatisierten Schneidprozess auch händisch ausführen können. Zur präzisen Handführung des Applikators soll der Operateur durch ein kollaboratives robotisches System unterstützt werden. Das Forschungsteam plant zudem, für das Feedback beim berührungslosen Laser- schneidprozess die Sensorik und Aktorik eines kollaborativen Roboters (Cobot) zu nutzen. Denn die Kraft-Momenten-Sensorik des Cobots ermittelt die Kraftwirkung auf den Roboterarm. Auf dieser Basis kann die Aktorik schließlich dem Operateur bei der manuellen Führung des Laserapplikators ein haptisches Feedback vermitteln. Das Laseroperationssys- tem soll zudem für die Sicherheit der teil- automatisierten Operation mit einer OP-Pla- nungssoftware und einem Navigationssystem verknüpft werden. In einem solch integrierten System könnten die mit dem Laser erzeugten Schnitte in Echtzeit in präoperativ erstellten Bilddaten visualisiert werden. https://s.fhg.de/28Xr Stichprobenartige manuelle Probenentnahme soll durch laserbasierte Tauchsonde des Fraunhofer ILT ergänzt bzw. langfristig ersetzt werden, © Wasserverband Eifel-Rur. 39
Lasergesteuerte Qubits für praxisrelevante Anwendungen © AdobeStock 721035927 | The 2R Artificiality. 40
Forschungsmärkte Revolutionäre Rechenleistung, abhörsichere Kom- munikation und ultrapräzise Messungen – Quanten- technologien verändern die Welt Welche Rolle spielen Lasersysteme in dieser Zukunftstechnologie? Quantentechnologien eröffnen neue Möglichkeiten für Hoch- leistungsrechner, sichere Datenübertragung und präzisere Mess- verfahren. Doch um einzelne Atome, Ionen oder Photonen gezielt zu manipulieren, sind hochspezialisierte optische Systeme erforderlich. Laser ermöglichen die Kontrolle und Steuerung von Quantensystemen. In Quantencomputern werden sie genutzt, um Qubits gezielt anzuregen und auszulesen. In der Quantenkommunikation übertragen sie verschränkte Photo- nen über Glasfaser- oder Satellitenverbindungen. Auch in der Messtechnik bieten quantenoptische Verfahren neue Ansätze: Die Quanten-Optische Kohärenztomographie nutzt verschränkte Photonen für extrem detailreiche Materialanalysen. Das Fraunhofer ILT entwickelt Technologien, die diese Anwen- dungen ermöglichen. Dazu gehören laserbasierte Mikro- und Nanostrukturierungen für photonische Quantencomputer sowie Selektives Laserätzen für komplexe Quantenbauteile aus Glas. Rauscharme Quantenfrequenzkonverter sorgen für stabile Signal- verarbeitung über große Distanzen. Diese Fortschritte bilden die Grundlage für eine neue Generation von Informationsver- arbeitung und Sensorik, die klassische Systeme weit übertrifft. https://s.fhg.de/QuantentechnologieMarkt Strategisches Programm Quantentechnologie am Fraunhofer ILT Nahezu rauschfreier Quantenfrequenzkonverter Quanten-Optische Kohärenztomographie (qOCT) Schlüsselkomponenten für photonische Quantencomputer 41
Forschungsmärkte Quantentechnologie: Licht als Werkzeug im Reich der Atome Quantentechnologie stößt in neue Dimensionen vor – und nutzt dafür oft photonische Lösungen Am Fraunhofer ILT gewinnt das junge Technologiefeld an Bedeutung Photonische Enabler für die Kontrolle einzelner Quantensysteme Die Quantentechnologie setzt den technischen Fortschritt der letzten 100 Jahre fort. Ihre Me- thoden ermöglichen es, einzelne Atome, Ionen und Photonen zu kontrollieren und präzise zu manipulieren. Damit wird eine mikroskopische Welt mit eigenen, oft kontraintuitiven Gesetz- mäßigkeiten makroskopisch zugänglich: Ein Werkzeugkasten mit neuartigen Funktionen, die den Vorstoß in neue Dimensionen des Computings, der Kommunikation, Messtechnik und Sensorik ermöglichen. Lasertechnik und Photonik sind im wahrsten Sinne des Wortes Schlüsseltechnologien, ohne die diese Mikro- welten verschlossen blieben. Das Fraunhofer ILT treibt die Entwicklung solcher Enabling Photonic Solutions auf vielen Ebenen voran wie die folgenden fünf Highlights aus dem Jahr 2025 zeigen. Koordination der Roadmap QTNRW Im Januar 2025 übergab Bernd Jungbluth in seiner Funktion als Koordinator der Roadmap QT.NRW das Positionspapier »Auf dem Weg zum Quantentechnologieland NRW« an die Staatssekretärinnen Silke Krebs (MWIKE) und Gonca Türkeli-Dehnert (MKW). Kernpunkte des Positionspapiers, an dem 200 Fachleute aus Wissenschaft und Industrie mitgewirkt hatten: Stärkung von Ausbildung und Qualifi- zierung, Förderung des Technologietransfers und die Einrichtung von Applikationszentren für praxisnahe Experimente und Entwicklungen. https://s.fhg.de/ZtyV Inbetriebnahme des ersten Quanteninternetknotens in NRW Im Zuge des NRW-Förderprojekts N-QUIK hat ein Team des Fraunhofer ILT den Bau eines Quantennetzwerkknotens in Delft begleitet. Dieser entwickelt die Knotentechnologie fort, mit der es über eine herkömmliche Glasfaser- leitung zwischen Delft und Den Haag gelungen war, eine Spin-Photon-Verschränkung (NV in Diamant) zu übertragen. Das Team hat diesen Knoten in Delft demontiert und anschließend in Aachen in Betrieb genommen. Nun bindet es ihn im Folgeprojekt PLUQ-IN an die Faser- infrastruktur des Campus in Aachen an, wo er als Kernmodul der Open-Access-Facility ALICE dient. Diese soll Akteure aus Forschung und Industrie entlang der Entwicklungskette für das Quanteninternet der Zukunft zusammen- führen. Hinter dem Projekt steht die Ziel- setzung der Quantum Internet Strategy for Europe, bei deren Entwicklung das Fraunhofer ILT in der Quantum Internet Alliance – QIA mitwirkt. In den kommenden Jahrzehnten sieht diese den Aufbau eines europäischen Quantennetzwerks mit bis zu 1.000 Knoten vor. https://s.fhg.de/i2i Nachwuchsgruppe Quantum Photonics. LP.PRO-Podcast zur Quanten- technologie mit Dr. Bernd Jungbluth und Dr. Matthias Laasch https://s.fhg.de/kXY6 42
BMFTR-Förderung für EPIQS Seit 2022 baut Dr. Florian Elsen am RWTH- Lehrstuhl für Lasertechnik LLT die Nachwuchs- gruppe Quantum Photonics auf. Mit seinem 7-köpfigen Team wird er in den nächsten fünf Jahren das Projekt EPIQS – Engineering Photonic Interconnects for Distributed Quantum Systems durchführen. Das mit rund vier Mio. Euro vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt geförderte Projekt zielt auf neue Anwendungen mit vernetzten Quantencomputern, Sensoren und Kommu- nikationssystemen im Quanteninternet der Zukunft. Dafür müssen unterschiedliche phsi- kalische Quantensysteme gekoppelt werden. Voraussetzung: effiziente Frequenzkonversion sowie die Anpassung von photonischen Eigen- schaften wie Bandbreite und Pulsdauer. https://s.fhg.de/PdPD Auslieferung Tweezer Array für das Projekt QRydDemo Rydberg-Quantencomputer sind seit einigen Jahren im Aufwind und ziehen viel Aufmerk- samkeit der Fachwelt auf sich. Als Qubits bieten Rydberg-Atome den Vorteil, dass sie als natürliche Quantensysteme identisch sind und daher keine durch Herstellungsprozesse be- dingten Toleranzen aufweisen. Gleichzeitig ermöglichen sie starke, gezielt steuerbare Wechselwirkungen über mehrere Atome hin- weg, was sie für komplexe Rechenoperationen in Systemen mit vielen Qubits prädestiniert. Ein Team der Universität Stuttgart entwickelt in dem BMFTR-geförderten Verbundprojekt QRydDemo einen Rydberg-Quantencomputer mit einer Tweezer-Array-Optik. Diese kann als optische Pinzette 2.000 einzelne Strontium- Atome in einer Vakuumkammer einfangen, sortieren und für Rechenprozesse vorbereiten. Das Fraunhofer ILT hat hierfür ein komplexes optisches System entwickelt, aufgebaut und Mitte 2025 ausgeliefert. Es positioniert die Atome in einem Array aus 2.000 Laserstrahlen und kann sie im laufenden Rechenprozess jederzeit neu anordnen. Jeder der 20 x 100 Laserfoki ist dafür individuell ansteuerbar und die Atome docken an ihnen an. Der hochent- wickelte optische Aufbau ist eine zentrale Vor- aussetzung für die Erhöhung der Qubitanzahl und Rechenleistung. Es ist im Kern photoni- sche Technologie, die diese Art Quantencom- puter überhaupt erst möglich macht. BMFTR Quantum Future Academy am Fraunhofer ILT Mit 30 MINT-Studierenden aus Deutschland und den Niederlanden machte die vom BMFTR initiierte Quantum Future Academy im August 2025 Station am Fraunhofer ILT. Neben Amsterdam, Delft und Jülich war Aachen die vierte Station, bei der die Studierenden einen Workshop und eine Lab-Tour mit exklusiven Einblicken in unterschiedliche Bereiche ange- wandter Quantentechnologien absolvierten. 1 Die Spiegelkaskade soll 2 000 Laserstrahlen auf ein winziges Array lenken. Diese dienen als optische Pinzetten, um Rydberg-Atome im Vakuum zu positionieren. 2 Der Netzwerkknoten für das Quanteninternet der Zukunft wird in Aachen als Testfeld und Knoten- punkt für erste »Metropolitan Scale Quantum Networks« dienen. Quantentechnologie Nahezu rauschfreier Quantenfrequenzkonverter Quanten-Optische Kohärenz- tomographie (qOCT) Schlüsselkomponenten für photonische Quantencomputer Kontakt Dr. Bernd Jungbluth Leiter Strategisches Programm Quantentechnologien Telefon +49 241 8906-414 bernd.jungbluth@ilt.fraunhofer.de 43
Forschungsmärkte Über 20 Fraunhofer-Institute erforschen, entwickeln und liefern zentrale Technologiebausteine sowohl für die Laserfusion als auch die Magnetfusion Das Fraunhofer ILT treibt die Technologieentwicklung im Rahmen öffentlich geförderter Verbundforschung mit Partnern aus Industrie und Wissenschaft voran Hinzu kommen internationale Kooperationsprojekte, unter anderem mit dem US-ameri- kanischen Lawrence Livermore National Laboratory Das Fraunhofer ILT bringt seine lasertechnische Expertise dabei gezielt in beide Fusionsansätze ein. Für die Laserfusion liegen die Schwerpunkte auf der simulationsgestützten Entwicklung von Hochenergielasern, Diodenlaser-Pumpmodulen, hochbelastbaren Optiken sowie auf massenmarkttauglichen Fertigungsverfahren für die zentralen photonischen Komponenten sowie der Brenn- stofftargets und komplexen Reaktorwände. Für die komplexen und hochbelasteten Wände sowie für die Herstellung der Targets entwickeln wir unter anderem laserbasierte additive Fertigungs- verfahren. Die laserbasierte Fertigung und Bearbeitung wird auch für die Magnetfusion unverzichtbar sein: Laser strukturieren Ober- flächen, fügen und trennen hochfeste Wandmaterialien, und sie ermöglichen die Additive Fertigung komplexer Kraftwerkskompo- nenten. Ein Spillover der Hochenergielaser-Forschung sind laser- getriebene Sekundärquellen zur Erzeugung von Röntgen-, Neutro- nen- oder extrem ultravioletter Strahlung. Neben der Anwendung in anderen Märkten sind Sekundärquellen auch für realitätsnahe Materialtests künftiger Fusionskraftwerke gefragt. https://s.fhg.de/FusionMarkt Taskforce Fusion am Fraunhofer ILT Know-how für Laser- und Magnetfusion Der Weg von der Forschung zum Fusionskraftwerk 45
Forschungsmärkte Fusion ist ein relevanter Zukunftsmarkt für die Photonik Bis 2029 lenkt die Bundesregierung über 2 Mrd € in die Fusionsforschung Das Fraunhofer ILT gehört zu den First Movern Im Interview sprechen Dr Sarah Klein, Koordinatorin der Fusionsforschung, und Dr Martin Adams, Gruppenleiter Computational Methods, über technologische Ansätze und das Marktpotenzial sowie über Spillover-Effekte der Fusionsforschung Fusion gilt als sichere, klima- neutrale und fast unbegrenzte Energiequelle Was kann die Photonik dazu beitragen? Dr. Sarah Klein: Die lasergezündete Träg- heitsfusion (IFE) hat als bisher einziger Ansatz den Nachweis erbracht, dass die Fusion funk- tioniert. Sie setzt mittlerweile deutlich mehr Energie frei, als der Laser einbringt. Weltweit ist ein technologieoffener Wettlauf entbrannt, der auch in der Magnetfusion (MFE) beacht- liche Fortschritte hervorruft. Dr. Martin Adams: IFE-Anlagen benötigen Hochenergielaser für die extreme Kompressi- on und Aufheizung zur Zündung des Plasmas. Temperaturen über 100 Millionen Grad Celsius liefern die nötige kinetische Energie, damit die Wasserstoffisotope Deuterium und Tritium zu Helium fusionieren. Laserbasierte Verfahren werden aber auch zur Herstellung der kom- plexen Komponenten für IFE- und MFE-Kraft- werke eine wichtige Rolle spielen. Was fehlt zur kommerziellen Nutzung? Adams: Laserperformance! In Kalifornien ist bei den erfolgreichen Fusionsexperimenten ein mit Blitzlampen gepumpter Hochener- gielaser im Einsatz, der nach jedem Schuss stundenlang abkühlen muss. Kraftwerkslaser müssen 10 bis 15 Schüsse pro Sekunde gewährleisten. Auch der Wirkungsgrad der Wandlung von elektrischer in optische Energie muss mindestens um den Faktor zehn steigen. Klein: Die Targets – stecknadelkopfkleine Kügelchen mit Fusionstreibstoff – sind ebenso wie die Pumpmodule, Verstärkerplatten und Optiken um Größenordnungen zu teuer. Auch der Energieüberschuss muss von Faktor vier auf Faktor 50 bis 100 steigen. Es braucht außerdem Lösungen zum Erbrüten des Brenn- stoffs Tritium. Neutronen aus der Fusionsreak- tion sollen in den Wandelementen der Kraft- werke Lithium in Tritium wandeln, um neue Targets damit zu befüllen. Es gilt, im Zusam- menspiel von Industrie und Forschung robuste Lieferketten auf- und ausbauen. Hierbei wird es vor allem auf Industriepartner ankommen. Welche Forschungen laufen am Fraunhofer ILT? Klein: Wir wirken in diversen Förderprojekten des Programms »Fusion 2040« mit, dessen Budget das Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) auf über zwei Milliarden Euro bis zum Ende der Legislaturperiode aufgestockt hat. Es adressiert IFE- und MFE-Kraftwerke. In den Projekten PriFUSIO, DioHELIOS, IFE-Targetry- HUB und Durable treiben wir photonische Schlüsseltechnologien voran: Simulation und Hardwareentwicklung für hocheffiziente dio- dengepumpte Festkörperlaser, laserbasierte Fertigungsketten für die Herstellung der Fusion Know-how für Laser- und Magnetfusion Der Weg von der Forschung zum Fusionskraftwerk 46
Optiken oder additiv gefertigte Komponenten und Targets. Wir lenken unser jahrzehntelang aufgebautes Know-how in die Fusionsfor- schung. Dabei bewegen wir uns am Fraun- hofer Arbeitspunkt: Wir denken Technologien neu, um sie aus der Forschung in die konkrete industrielle Anwendung zu überführen. Adams: In PriFUSIO entwickelt und validiert ein breites Konsortium optische Komponenten für Hochenergielaser. Wir legen Optiken für die Dauerbelastung im 24/7-Kraftwerksbetrieb aus, müssen ihre Zerstörschwellen dafür deut- lich erhöhen und Verfahren entwickeln, um die optischen Elemente in erforderlicher Größe günstig fertigen zu können. Dafür entwickeln wir Prozessketten, in denen die Formgebung, Politur und Nachbearbeitung jeweils laser- basiert umgesetzt werden. Es geht um die Herstellung von Linsen, optischen Gittern aber auch von Verstärkerplatten. Letztere sollen die im Projekt DioHELIOS entwickelten Diodenla- ser-Module pumpen. In beiden Projekten ent- wickeln wir hochkomplexe Simulationstools, um das Design der Laserdioden und der Hoch- energielaser virtuell optimieren zu können. Auch erarbeitet das Konsortium Ansätze für eine hochautomatisierte Fertigung. Die Kosten der Pumpmodule pro Watt Ausgangsleistung müssen in den Cent-Bereich sinken, da für die effiziente Konversion von elektrischer in optische Energie sehr viele davon benötigt werden. Ein einziges Kraftwerk braucht mehr Hochleistungslaserdioden, als heute in einem Jahr weltweit produziert werden. Gibt es einen Impact der Fusionsforschung auf die Laser- und Optikentwicklung? Klein: Spannend am Großprojekt Fusions- kraftwerk ist, dass es nur in enger Koopera- tion von Industrie und Forschung umsetzbar ist. Unternehmen investieren nur, wenn sie vom Return-on-Investment überzeugt sind. Dafür müssen die Innovationen für Fusions- kraftwerke auch in Märkten Fuß fassen, die es noch gar nicht gibt. Wir müssen sie schaffen. Wenn wir günstige Laserdioden herstellen wollen, braucht es mehr Produktionsvolumen. Damit mehr produziert wird, muss mehr ver- kauft werden. Es gilt dieses Zusammenspiel zu nutzen, um Skaleneffekte zu erzielen: Technologie in neue Märkte tragen, Spillover- Effekte auslösen. Erkenntnisse der Material-, Optik- oder Hochenergielaser-Entwicklung sind für viele Märkte interessant, bis hin zum laserbasierten Tiefseebergbau und Tunnel- bau oder auch für kompakte Röntgen- und Neutronenquellen. Adams: Wir arbeiten nicht nur an einem Kraftwerk! Es gibt auf dem Weg dahin span- nende Seiteneffekte. Deutschland hat eine herausragende Laser- und Optikindustrie, die wir mit der Fusionsforschung weiterentwickeln und zukunftsfest machen. Klein: Wir haben jetzt die Chance, unsere Position im globalen Wettbewerb auf Jahr- zehnte zu stärken und Produktionen sowie Marktanteile in Deutschland zu halten. »Wir haben jetzt die Chance, unsere Position im globalen Wettbewerb auf Jahrzehnte zu stärken.« Dr. Sarah Klein 47
Fraunhofer-Standorte in Deutschland Itzehoe Rostock Lübeck Bremerhaven Hamburg Bremen Hannover Braunschweig Berlin Potsdam Münster Paderborn Oberhausen Duisburg Dortmund Bochum Magdeburg Halle Cottbus Schmallenberg-Grafschaft Kassel Leipzig Dresden Aachen Sankt Augustin Euskirchen Wachtberg Jena Ilmenau Chemnitz Frankfurt am Main Mainz Darmstadt Alzenau Würzburg Erlangen Sulzbach Kaiserslautern Saarbrücken Karlsruhe Pfinztal Ettlingen Stuttgart Freiburg Augsburg Freising Garching München Holzkirchen 48
Netzwerke und Cluster Fraunhofer-Netzwerke In Clustern und Leitprojekten bündelt das Fraunhofer ILT zusammen mit anderen Fraunhofer-Instituten seine Kompetenzen und entwickelt Anwendungen für Industrie und Forschung Die Fraunhofer-Gesellschaft Fraunhofer-Verbünde, Cluster und Leitprojekte Die Fraunhofer-Gesellschaft mit Sitz in Deutschland ist eine der führenden Organisa- tionen für anwendungsorientierte Forschung. Im Innovationsprozess spielt sie eine zentrale Rolle – mit Forschungsschwerpunkten in zukunftsrelevanten Schlüsseltechnologien und dem Transfer von Forschungsergebnissen in die Industrie. Fraunhofer-Fachkräfte begleiten die Industriepartner dabei von der Idee bis zur Markteinführung. Als einer der aktivsten Patentanmelder in Deutschland und Europa entwickelt die Forschungsgesellschaft ein umfangreiches, internationales Patentportfolio. Dieses dient als Grundlage für den Transfer von Technologien durch Forschungsprojekte, Ausgründungen und Lizenzierung. In 74 Instituten und Forschungseinrichtungen beschäftigt die 1949 gegründete Organisation mehr als 30 000 Mitarbeitende mit überwie- gend natur- oder ingenieurwissenschaftlicher Ausbildung. Der hohe Anteil an Wirtschaftser- trägen ist das Fraunhofer-Alleinstellungs- merkmal in der deutschen Forschungsland- schaft. Hoch motivierte Mitarbeitende stellen für Fraunhofer den wichtigsten Erfolgsfaktor dar. Namensgeber der als gemeinnützig anerkannten Fraunhofer-Gesellschaft ist der Münchner Gelehrte Joseph von Fraunhofer (1787–1826). Er war als Forscher, Erfinder und Unternehmer gleichermaßen erfolgreich. www.fraunhofer.de In verschiedenen Verbünden, Clustern und Leitprojekten organisieren sich fachlich verwandte Fraunhofer-Institute und treten gemeinsam am FuE-Markt auf. www.ilt.fraunhofer.de/de/cluster.html Ziel des Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS ist u. a. die internationale Technologieführerschaft bei Lasersystemen, welche mit ultrakurzen Pulsen (UKP) höchste Leistungen erreichen sowie die Erforschung von deren Einsatzpotenzialen im Verbund mit derzeit 13 Fraunhofer-Instituten. Koordiniert wird CAPS vom Fraunhofer ILT in Aachen und dem Fraunhofer IOF in Jena, die interessierten Anwendern aus Industrie und Wissenschaft an ihren Standorten zwei Applikationslabore mit Multi-kW UKP-Laser- quellen sowie der nötigen Systemtechnik zur Verfügung stellen. www.caps.fraunhofer.de/de.html Der Fraunhofer-Verbund Light & Surfaces bündelt die wissenschaftlichen und techni- schen Kompetenzen der Fraunhofer-Gesell- schaft in den Themenfeldern Optik, Photonik, Laser- und Oberflächentechnik. Zu den acht Mitgliedsinstituten zählt das Fraunhofer ILT. In den Instituten des Verbunds forschen über 1 900 Wissenschaftlerinnen und Wissen- schaftler, um komplexe technologische Fragen aus Industrie und Wirtschaft mit Blick auf die konkrete Anwendung zu lösen. www.light-and-surfaces.fraunhofer.de Auf einen Blick 74 Institute 30 000 Mitarbeitende 3,6 Mrd. € Finanzvolumen davon 3,2 Mrd. € Vertragsforschung Stand: April 2026 49
Netzwerke und Cluster Vernetzung von Wirtschaft und Wissenschaft am Standort Aachen In Aachen betreibt das Fraunhofer ILT seit vielen Jahren Innovationscluster, die vor Ort eine enge Verzahnung von Wirtschaft und Wissenschaft im Bereich der Photonik sicherstellen Innovationscluster bilden eine Quelle für Know-how-Transfer, Nachwuchsförderung und Ausgründungen Der Standort- vorteil fördert sowohl die personelle als auch die infrastrukturelle Vernetzung Die RWTH Aachen University in Zahlen (Stand 2025) 44 382 Studierende davon 15 811 Internationale 1 264 Mio € Finanzvolumen Exzellenzuniversität 3 Exzellenzcluster 175 Studiengänge 50 Das Fraunhofer ILT stellt mit seiner ständig aktualisierten Infrastruktur europaweit einen der größten Laseranlagenparks. Die Nähe zur RWTH Aachen University wiederum garantiert den Zufluss von sehr gut ausgebildeten Inge- nieuren und Naturwissenschaftlern. Die sys- tematische und langfristige Zusammenarbeit von Hochschule, Fraunhofer ILT und Industrie erfolgt insbesondere über den Campus Digital Photonic Production (DPP). www.rwth-campus.com International Center for Turbo- machinery Manufacturing – ICTM Die Fraunhofer-Institute IPT und ILT sowie einige Lehrstühle der RWTH Aachen University betreiben zusammen mit 19 Industriepartnern rund um den Turbinenbau in Energietechnik und Luftfahrt das »International Center for Turbomachinery Manufacturing – ICTM«. www.ictm-aachen.com Lasertechnik und Optik an der RWTH Aachen University Mit den Lehrstühlen für Lasertechnik LLT und für Technologie Optischer Systeme TOS bietet die RWTH Aachen University ein heraus- ragendes Kompetenzcluster im Bereich der Optischen Technologien. Die enge Koopera- tion mit dem Fraunhofer ILT garantiert industrielle Auftragsforschung auf der Basis solider Grundlagenkenntnisse. www.llt.rwth-aachen.de www.tos.rwth-aachen.de Standortinitiativen – Battery Lab und Hydrogen Lab Im Battery Lab steht dem Fraunhofer ILT modernste Technologie für die laserbasierte Batteriefertigung zur Verfügung. Elektrische und mechanische Teststände lassen eine direkte Bewertung der Laserprozesse zu, sowohl von heute üblichen Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten als auch zukünftigen Festkörper-Akkumulatoren. Im Fokus des Hydrogen Lab steht die Optimierung von Brennstoffzellen. https://s.fhg.de/bT5A Regionale Netzwerke Auf lokaler Ebene kooperiert das Fraunhofer ILT mit der RWTH Aachen University, der FH Aachen und dem Forschungszentrum Jülich in vielen grundlegenden Fragestellungen. Im Aachener Zentrum für 3D-Druck – einer Kooperation der FH Aachen mit dem Fraun- hofer ILT – erhalten insbesondere mittelstän- dische Unternehmen Unterstützung in allen Fragen der Additiven Fertigung.
Zukunftsmarkt Quantentechnologien Hauptgebäude und »SuperC« der RWTH Aachen University, © RWTH Aachen University /Peter Winandy. Das Fraunhofer ILT und die Lehrstühle LLT und TOS sind aktive Partner im vom BMFTR geför- derten WIR!-Bündnis LASER.region.Aachen. Dies ist ein regionales Netzwerk von inzwi- schen über 60 Unternehmen, Forschungs- einrichtungen und weiteren Partnern rund um Laser- und Photoniktechnologien in der Aachener Region. Ziel des Bündnisses ist, die Region als führenden Standort für Lasertech- nik zu stärken, Innovation und Technologie- transfer zu fördern und qualifizierte Fachkräfte zu sichern. Zu den Hauptaktivitäten gehören die Vernetzung der Akteure, gemeinsame FuE-Projekte, Messe- und Marketingauftritte sowie Informations-, Qualifizierungs- und Nachwuchsförderungsangebote. www.laserregionaachen.de Der Fachverband IVAM e.V. ermöglicht dem Fraunhofer ILT den Zugang zu zahlreichen Experten der Mikrotechnik. Im Landescluster NMWP.NRW engagiert sich das Institut in den Bereichen Nanotechnologie, Photonik, Mikrosystemtechnik, Aerospace und Quanten- technologie. Nationale Kooperationen Das Fraunhofer ILT engagiert sich aktiv in zahlreichen Industrieverbänden wie DVS, SPECTARIS, VDE oder VDMA sowie in natio- nalen Normenausschüssen wie dem DIN NWT. Außerdem unterstützen die Laserexperten Initiativen wie den BMBF-Forschungscam- pus oder das Programm »go-cluster« des BMWK. In allen Gremien setzen sie Impulse, um sowohl das Fachgebiet der Lasertechnik als auch Formen der Zusammenarbeit von Wissenschaft und Industrie zum Wohle der Gesellschaft weiterzuentwickeln. International vernetzt Mit ausländischen Firmen und Niederlassun- gen deutscher Firmen im Ausland führt das Fraunhofer ILT sowohl bilaterale Projekte als auch Verbundprojekte durch. Darüber hinaus beteiligt sich das Institut an internationalen Großprojekten wie beispielsweise in der Klimaforschung an der deutsch-französischen Raumfahrtmission MERLIN oder an der Gestal- tung von Forschungsprogrammen wie bei der Europäischen Kommission über die Technolo- gieplattform Photonics21. Bei der Kernfusionsforschung betreibt das Fraunhofer ILT eine strategische Partner- schaft mit dem Lawrence Livermore National Laboratory LLNL. Internationale Entwicklun- gen begleiten die Mitarbeitenden des Instituts durch ihr Engagement in ausgewählten Verbänden und Netzwerken wie dem Euro- pean Photonic Industry Consortium EPIC auf europäischer Ebene oder der OPTICA und dem Laser Institute of America LIA auf transatlantischer Ebene. Innovations- cluster als Quelle für Know-how- Transfer, Nachwuchs- förderung und Ausgründungen. Kontakt Dipl.-Phys. Axel Bauer Telefon +49 241 8906-194 axel.bauer@ilt.fraunhofer.de 51
Netzwerke und Cluster RWTH Aachen Campus Der RWTH Aachen Campus wächst mitten in Aachen auf 2,5 km2 zu einem europaweit führenden Ökosystem für angewandte Forschung Teil davon ist der Cluster Photonik mit dem Research Center Digital Photonic Production (DPP) und dem Industry Building DPP Research Center DPP Industry Building DPP Der RWTH Aachen Campus als Katalysator für erfolgreiche Unternehmens- gründungen. Die inter- und transdisziplinäre Vernetzung verschiedener Forschungsgebiete ist ein wesentlicher Faktor für die Verkürzung von Innovationszyklen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verschiedener Institute und Lehrstühle der RWTH Aachen forschen über einen verhältnismäßig langen Zeitraum gemeinsam an unterschiedlichen Themen zu gemeinsamen Zielen. Das 2019 eröffnete und 2020 vollständig in Betrieb genommene Research Center Digital Photonic Production bietet Forschenden auf ca. 4300 qm Nutz- fläche – davon 2800 qm Labor-, Reinraum und Hallenflächen – Raum für grundlagen- orientierte Forschung im Bereich der Photonik. Die aktuell beteiligten Institute und Lehrstühle stammen aus sechs Fakultäten der RWTH Aachen University: Maschinenwesen, Mathe- matik, Informatik und Naturwissenschaften, Elektrotechnik und Informationstechnik, Geo- ressourcen und Materialtechnik, Medizin und Wirtschaftswissenschaften. Kontakt Dr. Christian Hinke Telefon +49 241 80-40418 christian.hinke@llt.rwth-aachen.de 52 In unmittelbarer Nähe zum Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT können sich Unternehmen im Industry Building Digital Photonic Produc- tion niederlassen, um neue Komponenten, Systeme, Verfahren, Prozessketten oder Geschäftsmodelle im Bereich der optischen Technologien – insbesondere für die Produk- tionstechnik – zu entwickeln. Für die lang- fristige, strategische Kooperation bietet das Industry Building DPP damit die notwendige Infrastruktur. Räumlichkeiten wie Labore und Büros können je nach Bedarf über den pri- vaten Betreiber angemietet werden. In Open Space-Strukturen und gemeinsam belegten Laboren können gemischte Teams aus Indus- trie und Wissenschaft interagieren und sich gegenseitig inspirieren. Der enge Austausch vor Ort ermöglicht den direkten Zugang zum wissenschaftlichen Nachwuchs von RWTH und FH Aachen. So lassen sich junge Talente früh- zeitig in praxisnahe Projekte einbinden. Auch die Aus- und Fortbildung sowie der Zugang zu wissenschaftlichen Veranstaltungen vor Ort gestaltet sich durch die »Immatrikulation der Unternehmen« an der RWTH Aachen Univer-sity effizient und zukunftsweisend.
Netzwerke und Cluster Ausgründungen Das Fraunhofer ILT bietet zusammen mit dem RWTH Aachen Campus ein ideales Umfeld zur Gründung eines Unternehmens im Bereich der photonischen Produktion Intensive Ausgründungskultur am Fraunhofer ILT Spin-offs generieren Mehrwerte für die Laserbranche Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT pflegt seit den frühen 90er Jahren eine inten- sive Ausgründungskultur, die in den letzten 40 Jahren zu über 40 neuen Unternehmen geführt hat. Das Fraunhofer ILT fungiert dabei als Know-how-Partner, der je nach Kooperati- onsvertrag mehr oder weniger in die Entwick- lung neuer Technologien einbezogen wird. Über entsprechende Lizenzverträge haben die Spin-offs auch Zugriff auf jene Patente, die die Gründer noch selbst am Fraunhofer ILT realisiert haben. Innovative Gründer sind sowohl Impulsgeber in der Branche für neue technologische Lösungsansätze und Perspek- tiven als auch klassische Unternehmer, die eine nachhaltige Geschäftsentwicklung im Blick halten und Arbeitsplätze sichern. Die rund 40 Spin-offs des Fraunhofer ILT erzeugen nicht nur neue Umsätze sondern erweitern auch das Marktpotenzial der Laserbranche. Sie sind darüber hinaus auch attraktive Arbeitgeber in einer Branche, die seit Jahren herausragende Wachstumsraten aufweist. Das Produktspektrum der Spin-offs reicht von innovativen Reinigungsverfahren, maßge- schneiderten additiv gefertigten Implantaten über neue Hochleistungsdiodenlaser bis hin zu leistungsstarken Ultrakurzpulslasern. Firmensitz des Spin-offs Lang Laser-System GmbH in Ummendorf, © Lang Laser-System GmbH. 53
Netzwerke und Cluster Auszeichnungen und Preise Auch in 2025 wurden wieder Mitarbeitende des Fraunhofer ILT ausgezeichnet. So wurde Dr. Wilhelm Meiners in die TCT Hall of Fame aufgenommen und Dr. Sarah Klein bekam den 3. Platz des Hugo-Geiger-Preises verliehen. Hugo-Geiger-Preis 3 Platz für Dr Sarah Klein Ob Medizintechnik, Telekommunikation oder Luft- und Raumfahrt: In vielen Industrieberei- chen steigt der Bedarf an Hochleistungslasern. Für die Anwender zählen Wirtschaftlichkeit und Stabilität der Systeme. Das Fraunhofer ILT hat nun einen bedeuten- den Fortschritt bei der Entwicklung effizi- enter und stabiler Hochleistungsdiodenlaser erzielt. Dr. Sarah Klein, Wissenschaftlerin am Fraunhofer ILT, war bereits 2019 innerhalb des BMFTR-geförderten Projekts EKOLAS an der Entwicklung einer Methode beteiligt, um Faser-Bragg-Gitter (FBG) in das Innere von optischen Multimode-Fasern einzubringen. Durch das Einbringen von FBG lässt sich die Komplexität von Faserlasersystemen enorm reduzieren. Werden die optischen Gitter direkt in die Faser eingeschrieben, können sie externe Resonator-Spiegel ersetzen. Dadurch entfällt die aufwändige Spiegel-Justage. Im Zuge ihrer Promotion übertrug Dr. Klein diese Methode im Rahmen eines Fraunhofer- Eigenprojekts auf fasergekoppelte Dioden- laser. Am 19. Februar 2025 wurde sie für ihre Arbeit »Faser-Bragg-Gitter für die Frequenz- stabilisierung multimodiger Hochleistungs- dioden und -faserlaser« mit dem dritten Platz des renommierten Hugo-Geiger-Preises ausgezeichnet. Anders als bei Faserlasern dienen die FBG bei Diodenlasern primär dazu, deren spektrale Eigenschaften zu verbessern. Die Forscherin erarbeitete darum dieses Konzept, um die Bandbreite gezielt reduzieren und die Wel- lenlänge der Laserstrahlung stabilisieren zu können. Zentral für diesen Ansatz ist erneut ein direkt eingeschriebenes FBG. Es sorgt dafür, dass die eingesetzten Hochleistungsdi- odenlaser nur noch die gewünschte Wellen- länge emittieren. Die damit einhergehende Steigerung der Brillanz macht den Energieein- trag beim Pumpen von Festkörperlasern um ein Vielfaches effizienter und damit kosten- günstiger. Ein enormer Vorteil für industrielle Anwendungen, in denen die Wirtschaftlichkeit und die Energieeffizienz eine immer wichtigere Rolle spielen, wie z. B. in der laserbasierten Trägheitsfusion! Hugo-Geiger-Preis Der Hugo-Geiger-Preis für wissenschaftlichen Nachwuchs wird jährlich vom Bayerischen Wirtschaftsministerium und der Fraunhofer-Gesellschaft an drei junge Forschende vergeben. Er würdigt hervorragende, anwen- dungsorientierte Promotions- arbeiten, die in enger Koope- ration mit einem Fraunhofer- Institut angefertigt wurden. 54
Dr. Sarah Klein (M.) mit Hubert Aiwanger (li.), stellv. Ministerpräsident Bayerns, und Prof. Holger Hanselka (re.), Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft, bei der Verleihung des Hugo-Geiger-Preises in München, © Markus Jürgens, Fraunhofer. TCT Hall of Fame 2025: Dr Wilhelm Meiners für Lebenswerk im 3D-Druck ausgezeichnet Dr. Wilhelm Meiners wurde in die TCT Hall of Fame 2025 aufgenommen. Mit dieser Aus- zeichnung würdigt die internationale Fach- welt seine herausragenden Verdienste um die Entwicklung des metallischen 3D-Drucks. Als Doktorand am Fraunhofer ILT legte Wilhelm Meiners 1996 mit der Erfindung und Patentie- rung des Laser Powder Bed Fusion (LPBF)-Ver- fahrens den Grundstein für eine Technologie, die heute weltweit Anwendung findet – von der Medizintechnik bis zur Raumfahrt. Die Bekanntgabe der diesjährigen Preisträger erfolgte am 4. Juni 2025 im Rahmen der Fachmesse TCT 3Sixty in Birmingham. Die Jury würdigte bei Wilhelm Meiners insbesondere den nachhaltigen Einfluss des LPBF-Verfahrens auf die industrielle Produktion, die Innova- tionskraft des ursprünglichen Patents und die kontinuierliche Weiterentwicklung am Fraun- hofer ILT. Wilhelm Meiners ist erst der zweite Deutsche, der diese Auszeichnung erhält – ein Beleg für die internationale Anerkennung des Fraunhofer ILT im Bereich des metallischen 3D-Drucks. Kim Kallies: Botschafterin für den 3D-Druck Kim Kallies, wissenschaftliche Mitarbeiterin und Projektleiterin am Fraunhofer ILT, wurde als »Women in 3D Printing Ambassador« für Aachen benannt. Sie arbeitet an innovativen Lösungen in der Additiven Fertigung mit LMD und EHLA. Kim Kallies hat in Frankfurt Maschinenbau mit Schwerpunkt Produktent- wicklung, Produktion und Fahrzeugtechnik studiert und bringt Erfahrungen aus der gesamten Prozesskette der Additiven Ferti- gung mit. Mit ihrem Engagement im inter- nationalen Wi3DP-Netzwerk setzt sie sich dafür ein, die Sichtbarkeit und Vernetzung von Frauen in der 3D-Druck-Branche zu stärken. 1 Platz beim Student Paper Award für Viktor Glushych Viktor Glushych, Leiter der Gruppe Beschich- tung LMD und Wärmebehandlung am Fraun- hofer ILT, wurde während des International Congress on Applications of Lasers & Elec- tro-Optics ICALEO 2025 in Orlando, Florida, USA mit dem ersten Platz des Paper Award für seine Präsentation »Advanced powder flow regulation in DED-LB/P and EHLA3D via a novel nozzle-integrated fluidic powder switching mechanism« ausgezeichnet. Die Aufnahme in die »TCT Hall of Fame« gilt als eine der höchsten Auszeichnungen in der Welt der Additiven Fertigung. Dr. Wilhelm Meiners (M.) wurde in die TCT Hall of Fame 2025 aufge- nommen, © TCT Group. 55
Netzwerke und Cluster Nachwuchsförderung Innovation und exzellente Forschung enstehen durch Menschen. Wir investieren schon heute in die Talente von morgen und schaffen so nachhaltige Perspektiven. Career Day für Frauen der RWTH Aachen University am 2112025 Ziel des Career Days ist die Frauenförderung im MINT-Bereich – auch ein zentrales Thema am Fraunhofer ILT. Girls‘Day am 342025 Wieder luden das Fraunhofer ILT, IPT und IME Mädchen der 5. bis 8. Klasse für Labortouren und Experimente in ihre Institute ein. meet@fh-aachen am 2342025 Das Fraunhofer ILT infomierte auf der Firmenkontaktmesse der FH Aachen über die verschiedenen Karrieremöglichkeiten am Fraunhofer ILT. Vocatium Aachen am 8 und 952025 Das Fraunhofer ILT nutzte die Schüler*innen- messe, um die Jugend zu fördern. bonding Institutsmarkt am 1452025 Inmitten der vielen Institute der RWTH Aachen University waren auch Fraunhofer ILT und IPT vor Ort. Networking Brunch der RWTH International Academy am 1552025 Das Fraunhofer ILT vernetzte sich mit inter- nationalen Top-Talenten der RWTH Aachen University. Tag des Maschinenbaus der RWTH Aachen University am 2452025 Das Fraunhofer ILT und die RWTH Aachen University Lehrstühle LLT und TOS unterstütz- ten tatkräftig vor Ort, um den Maschinenbau für Schülerinnen und Schüler greifbar zu machen. Führung für den Bundesverband studentischer Raumfahrt (BVSR) am 3052025 Im Rahmen der BVSR-Konferenz vom 29.5.– 1.6.2025 in Aachen informierten sich einige Mitglieder im Fraunhofer ILT über Projekte im Bereich der Luft- und Raumfahrt. Kimiko Campus Festival am 1462025 Die Fraunhofer-Institute ILT, IPT und IEG nutzten das Festival auf dem Campus Mela- ten, um Fraunhofer bekannter zu machen. 1 Fraunhofer-Mitarbeitende auf dem Kimiko Campus Festival. 2 Networking Brunch der RWTH International Academy, © RWTH International Academy. 56
Nachwuchsförderung 1 Teilnehmerinnen des Aachener Girls‘Day 2025 vor dem Fraunhofer ILT, © Fraunhofer IPT. 2 Fraunhofer ILT auf dem Carrer Day für Frauen an der RWTH Aachen University, © Heike Lachmann. Veränderung startet mit uns! Du möchtest Deine Ideen dort einbringen, wo Spitzenforschung entsteht? Am Fraunhofer ILT arbeitest Du an Innovationen mit echtem Impact für Wirtschaft und Gesellschaft. Headline, 9 pt Hier geht’s zu unserer Karriereseite: Titel Vorname Name Geschäftsbereich XXX Tel. +49 12 3456-XXXX Fax +49 12 3456-XXXX Mobil +49 12 3456-XXXX vorname.name@ fraunhofer.de 57 Führung im Rahmen der Erstsemesterwoche der RWTH Aachen University am 7102025 Institutstour für die Erstsemester der Fachschaft Materialwissenschaft und Werkstofftechnik am Fraunhofer ILT. Tag der offenen Werkstatt von Ecurie Aix am 23102025 Das Formula Student Team öffnete wieder seine Türen und das Fraunhofer ILT war mit am Start. bonding Studierendenmesse am 5112025 Das Highlight des Jahres: Auch 2025 präsen- tierten sich die Fraunhofer-Institute ILT und IPT wieder bei den Studierenden und Absol- vent*innen. »5 vor 12« – Nacht der Wissenschaft der RWTH Aachen University am 14112025 Die Lehrstühle LLT und TOS der RWTH Aachen University begeisterten wieder einmal zu ungewohnter Zeit Jung und Alt für Wissen- schaft und Forschung. Schüler*innen-Uni Maschinenbau der RWTH Aachen University am 1872025 Schülerinnen und Schüler ab Klasse 10 schnupperten Uniluft – das Fraunhofer ILT und die Lehrstühle LLT und TOS der RWTH Aachen University boten Einblicke in ihre Arbeit. Hackathon #hackingforfuture am 30 und 3172025 Der Hackathon des Fraunhofer ILT und IPT für Studierende bot wieder viel Raum für kreative Lösungen. Führung der jungen Deutschen Physikalischen Gesellschaft (jDPG) am 2582025 Mitglieder der jDPG erhielten einen Blick hinter die Kulissen des Fraunhofer ILT. Quantum Future Academy am 27 und 2882025 Deutsche und niederländische Studierende besuchten unter anderem das Fraunhofer ILT, um sich über die aktuelle Forschungslage und mögliche Perspektiven zu informieren. Fraunhofer Photonica Summer School am 26 und 2792025 Eine Auswahl von Top-Studierenden aus aller Welt besichtigten drei Fraunhofer-Institute, darunter auch das Fraunhofer ILT.
Netzwerke und Cluster Zukunftsenergie Fusion macht Schule Ein Team des Fraunhofer ILT hat in einem geförderten Projekt des »Wissenschaftsjahres 2025« zusammen mit dem auf digitale Didaktik spezialisierten Start-up tinkerbrain eine multimediale und multidisziplinäre Lernplattform zur Zukunftsenergie Fusion entwickelt Drei Aachener Schulen haben bereits damit gearbeitet Das BMFTR wollte im »Wissenschafts- jahr 2025« niedrigschwellige, partizi- pative Vorhaben der Wissenschaftskom- munikation rund um Zukunftsenergien anregen. Das »Projekt Zukunftsenergie Fusion – ProZeF« der Gruppe Kommu- nikation des Fraunhofer ILT erhielt als eines von 15 ausgewählten Projekten den Zuschlag. Seit Juli 2025 haben sich Schülerinnen, Schüler und Lehrkräfte von drei Aachener Schulen auf die Spur der Zukunftsenergie Fusion begeben und dafür webbasierte Lern- und Lehrmate- rialien genutzt, die das Team des Fraunhofer ILT zusammen mit dem Start-up tinkerbrain erarbeitet hat. Vorträge, Videos, Experimen- te und interaktive Lernmodule führen in die komplexe Materie ein. Mit »fusionsLAB.de« lernen Schülerinnen und Schüler ab Klasse 8 zunächst, wie wirtschaftliche Entwicklung, Wohlstand und Energieversorgung zusam- menhängen – und wie zentral die seit 4,6 Mrd. Jahren anhaltende Fusion auf der Sonne für das Leben auf der Erde und jede genutzte Energie ist. Zugleich beleuchtet das Material Fragen der globalen Energie- und Klimage- rechtigkeit und zeigt, wie eng Primärenergie- verbrauch und das Bruttosozialprodukt ver- knüpft sind. Schülerinnen und Schüler können zentrale Maßeinheiten und Begriffe sowie physikalische Grundlagen der laserbasierten Trägheitsfusion und der Magnetfusion selbstständig recherchieren. Um das Gelernte weiterzugeben, präsentieren sie es sich gegenseitig in Videos, Podcasts oder Plakaten. Faszination für Fusion wecken Herzstück des »fusionsLAB« ist ein Modul, das die technische Faszination für die Fusion mit physikalischen Grundlagen von der ato- maren Ebene bis zur Lasertechnik verknüpft. Je nach Neigung stehen sechs Themenfelder zur Vertiefung auf der physikalischen oder der technischen Ebene mit Blick auf moderne Energiesysteme, die globale Gerechtigkeit, die gesellschaftliche Akzeptanz oder auf ökono- mische Fragen bereit. Zum Schluss vertreten die Schülerinnen und Schüler ihre Position in einem Planspiel zur Fusion als besorgte Bürger, Kraftwerksplaner, Wissenschaftlerinnen, Finanzexperten oder Medienschaffende. Nach einer Pilot-Projektwoche an der Städti- schen Gesamtschule Aachen Brand haben die Projektpartner das multidisziplinäre Lern- und Lehrmaterial in Abstimmung mit Physiklehrern und MINT-Koordinatoren des Couven- und des Kaiser-Karl-Gymnasiums optimiert. Diese nutzen es nun im regulären Unterricht. Das Bildungsbüro der StädteRegion Aachen hatte die Kontakte vermittelt. Ab sofort steht das »fusionsLAB« allen interessierten Schulen und außerschulischen Lernorten offen. »Zukunfts- energie braucht junge Menschen, die Zukunft machen!« Weitere Informationen Peter Trechow M.A. Telefon +49 241 8906-482 peter.trechow@ilt.fraunhofer.de wwwfusionslabde wwwwissenschaftsjahrde/2025 58
Netzwerke und Cluster Kundenreferenzen Kundenreferenzen Die hier aufgelisteten Firmen sind ein repräsentativer Querschnitt der umfangreichen Kundenliste des Fraunhofer ILT. Stand Dezember 2025. Mit freundlicher Genehmigung der Kooperationspartner. 59
» Fraunhofer ILT auf der Laser World of Photonics 2025 in München mit rund 1400 Austellern aus 41 Ländern und 44 000 Besuchern In Halle A3 zeigte das Fraunhofer ILT Projekte aus vier Technologiemärkten: Energie- wirtschaft, Automobiltechnik und Mobilität, Luft- und Raumfahrt sowie Mikroelektronik. 60
Veranstaltungen und Publikationen Laser World of Photonics, World of Quantum und automatica 2025 Unsere Forschenden präsentierten sich als innovative und exzellente Partner für digital integrierte, zukunftsorientierte Photoniklösungen Hochenergie-Laser für Fusion und Sekundärstrahlquellen Dritte Säule des Messeauftritts war die Entwicklung von Hochenergielasern für Anwendungen in der Fusionsforschung und für Sekundärstrahlquellen. Gemeinsam mit Industrie- und Forschungspartnern arbeitet das Fraunhofer ILT am Aufbau entsprechender Lieferketten. Z. B. entstehen im Projekt DIOHELIOS robuste, skalierbare QCW-Diodenlasermodule für großflächig homogene Strahlverteilungen. Ergänzend wurden Konzepte für kompakte EUV- und Neutronenquellen vorge- stellt, etwa für zerstörungsfreie Prüfverfahren. https://s.fhg.de/r7Mc Gut besucht: Fraunhofer ILT auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer- Gesellschaft in München. Auf insgesamt sieben Ständen präsentierte das Fraunhofer ILT jüngste FuE-Ergebnisse. Inhaltliche Schwerpunkte waren u.a. KI in der Photonik, Hochenergielaser für die Fusion, bauteilintegrierte Sensorik, Laser für die Klimaforschung, laserbasierte Optikfertigung, Quantenkommunikation sowie Medizintechnik. KI treibt Fertigung der Zukunft voran Auf der Sonderschau »Photonics meets Robotics: AI Success Stories« präsentierte das Fraunhofer ILT die Automatisierung laserbasierter Fertigungsprozesse mithilfe künstlicher Intel- ligenz. Im Fokus standen datenbasierte Prozessmodelle, die sensorische Informationen nutzen, um Prozesse zu über- wachen, Fehler zu erkennen und perspektivisch autonom zu regeln – mit dem Ziel einer First-Time-Right-Produktion. Gezeigt wurden u. a. ein autonomer, mobiler Reparaturroboter für das Laserauftragschweißen sowie ein Knickarmroboter für VR-unterstütztes Laserschweißen. Beide Exponate verdeutlich- ten die enge Verknüpfung von Messtechnik, Datenanalyse und KI-gestützter Entscheidungslogik. Laserbasierte Fertigung optischer Komponenten Ein weiterer Schwerpunkt war die vollständig laserbasierte Herstellung optischer Komponenten. Durch Formgebung in einer einzigen Aufspannung lassen sich Zentrierfehler ver- meiden und Ausschuss reduzieren. Die finale Oberflächen- bearbeitung erfolgt mittels CO2-Laserpolitur und -Formkorrek- tur. Das Verfahren ist geometrieunabhängig und eignet sich auch für Asphären und Freiformoptiken, insbesondere für die flexible Fertigung kleiner Losgrößen bis hin zu Einzelstücken. 61
Veranstaltungen und Publikationen Sonderexponat des Fraunhofer ILT auf der Laser 2025: Solarbetriebener Rennwagen des »Team Sonnenwa- gen« der RWTH Aachen University und der FH Aachen, © Messe München. Messen 2025 Das Fraunhofer ILT ist regelmäßig mit aktuellen Forschungsthemen auf Messen im In- und Ausland vertreten SPIE Photonics West 25.1.–30.1.2025 | San Francisco Hannover Messe 31.3.–4.4.2025 | Hannover The Battery Show Europe 3.6.–5.6.2025 | Stuttgart Laser World of Photonics, World of Quantum, automatica 24.6.–27.6.2025 | München Hydrogen Technology Expo Europe 21.10.–23.10.2025 | Hamburg Compamed 17.11.–20.11.2025 | Düsseldorf Medica 17.11.–20.11.2025 | Düsseldorf Weitere Informationen zu unseren Messen und Tagungen Formnext 18.11.–21.11.2025 | Frankfurt am Main https://s.fhg.de/6pz 62
Tagungen 2025 1 2 1 Tagung »KI in der Photonik« in Berlin, © SPECTARIS. 2 Dr. Alexander Olowinsky bei der LSE‘25 in Aachen. Tagungen 2025 Auch in 2025 hat das Fraunhofer ILT wieder internationale Tagungen mit Referenten aus Industrie und Forschung zu aktuellen Themen ausgerichtet Im Fokus stehen dabei der Austausch zwischen Technologielieferanten und -abnehmern sowie die Schnittstelle zwischen Forschung und industrieller Praxis LSE’25 – Laser Symposium Electromobility 28.1.–29.1.2025 | Fraunhofer ILT, Aachen https://s.fhg.de/hH6R 8 UKP Workshop Ultrafast Laser Technology 8.4.–9.4.2025 | DAS LIEBIG, Aachen https://www.ultrakurzpulslaser.de/de/ukp-workshop.html 7 ICTM Conference 12.3.–13.3.2025 | Eurogress, Aachen Veranstalter: Fraunhofer ILT und IPT https://www.ictm-aachen.com/en/Conference.html KI in der Photonik – Mehr Wertschöpfung in Laserfertigungstechnik & Optikdesign 1.10.–2.10.2025 | Karl-Storz-Schulungszentrum, Berlin Veranstalter: Spectaris in Kooperation mit Fraunhofer ILT und Bundesverband IT-Mittelstand e.V. https://s.fhg.de/mXzT 3 63
Veranstaltungen und Publikationen 45 Bachelorarbeiten 43 Masterarbeiten 8 Patenterteilungen weltweit 6 Patentanmeldungen 111 Wissenschaftliche Veröffentlichungen 6 Dissertationen 64
Veranstaltungen und Publikationen Patente 2025 Dissertationen 2025 2532025 – Christian Knaak (Dr-Ing) Echtzeitüberwachung und -optimierung der Nahtqualität beim Laserstrahlschweißen mittels bildgebender Sensorik und künstlicher Intelligenz 552025 – Jörg Hofmann (Dr-Ing) Kompensation thermischer Linseneffekte in optischen Systemen für die Lasermaterialbearbeitung 1452025 – Thilo Alexander Barthels (Dr-Ing) Prozessführung bei stark parallelisierten UKP-Bearbeitungs- prozessen für Metallfolien 2852025 – Manuel Jung (Dr-Ing) Einfluss des Temperatur-Zeit-Verlaufs auf Formtreue und Welligkeit bei der Laserpolitur von Glas 8102025 – Woo-Sik Chung (Dr-Ing) Increase of Joint Area by Gap-bridging Laser Beam Welding on Metalized Substrates 8102025 – Max Fabian Steiner (Dr-Ing) Entwicklung und experimentelle Untersuchungen des koaxialen Laser-Lichtbogen-Hybridschweißens als additives Verfahren Patenterteilungen Deutschland 102022134350 Herstellung von Quarzglasbauteilen mit optimierter Oberflächentopografie 102015122300 Spiegel zur Reflexion von EUV-Strahlung in Strahlung im Spektralbereich zwischen 6 nm und 10 nm und optische Anordnung mit dem Spiegel 102023116881 Stereotaktische Vorrichtung zum Schneiden von Hart- gewebe am Schädelknochen mit energetischer Strahlung 102024125476 Verfahren und Anlage zur Herstellung funktionell hochwertiger elektrisch leitfähiger Schichten 102024110083 Verfahren und Vorrichtung zur Formkorrektur eines optischen Bauelements mittels Laserstrahlung 102015010369 Verfahren zum Abtragen von sprödhartem Material 102023116866 Verfahren zur Frequenzstabilisierung eines gütegeschalteten schmalbandigen Lasers Patenterteilungen Europa EP4383002 Optische Baugruppe für ein dynamisches 2D optisches Tweezer-Array mit mikrosekunden-zeitaufgelöster Positions- und Amplitudenkontrolle Veröffentlichungen und Vorträge Eine Liste der wissenschaftlichen Veröffentlichungen und Vorträge finden Sie online in unserer Mediathek unter: wwwiltfraunhoferde/de/mediathekhtml 65
Veranstaltungen und Publikationen Zuwendungsgeber Einige der in diesem Tätigkeitsbericht erwähnten und auf unseren Internetseiten vorgestellten Verbundprojekte wurden mit öffentlichen Mitteln gefördert Wir möchten den Zuwendungsgebern an dieser Stelle für Ihre Unterstützung danken 66
Tätigkeitsbericht 2025 online Bleiben Sie in Kontakt Besuchen Sie unsere Homepage: wwwiltfraunhoferde Folgen Sie uns auf Social Media: Impressum Redaktion Dipl.-Phys. Axel Bauer (verantw.) Stefanie Flock, Martin Grolms M.A., Petra Nolis M.A., Peter Trechow M.A. Bildredaktion Dipl.-Des. Andrea Croll Ansprechpartner Dipl.-Phys. Axel Bauer Telefon +49 241 8906-194 axel.bauer@ilt.fraunhofer.de Gestaltung und Produktion Dipl.-Des. Andrea Croll Druck Press-Finish www.press-finish.de Bildnachweis Sofern nicht anders in der jeweiligen Bildunterschrift vermerkt, lautet die Bildquelle: © Fraunhofer ILT, Aachen. Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck nur mit schriftlicher Genehmigung der Redaktion. © Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Aachen 2026. 67