Teilen Sie dies in den sozialen Medien:Ein Projekt zur Steigerung der Brillanz von direkten Diodenlasersystemen, BRIDLE (Brilliant Industrial Diode Lasers), wurde nach 42 Monaten abgeschlossen.Dr. Jens Biesenbach, CTO bei Projektkoordinator Dilas Diodenlaser, erläutert die Technologie hinter der neuen Diodenlaserarchitektur, eine Arbeit, die Diodenlaser in der Materialbearbeitung mit Faserlasern konkurrieren lassen könnteDas Konzept des maßgeschneiderten Bar-Diodenlasers ist eine effiziente Methode zur Herstellung einer Laserquelle mit hoher Helligkeit, skalierbarer Leistung und wirtschaftlicher Herstellung.Er kombiniert die Vorteile von Diodenlasern mit Einzelemitter und Barren: Zuverlässigkeit, hohe Leistung pro Element, effiziente Kühlung, Kompaktheit und gleichzeitige Handhabung mehrerer Emitter in einem monolithischen Chip während der gesamten Produktion.Diodenlaser für Schneidanwendungen ist jetzt technisch machbar – Projektpartner Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT hat das Laserschneiden von Edelstahl 1.4301 (2,5 mm) mit 800 W Leistung und einer Schnittgeschwindigkeit von 20 mm/s demonstriert (Bild 1) .Das Fraunhofer ILT zeigte auch das Hochbrillanz-Diodenlaserschweißen mit einer Punktgröße von 200 µm (Bild 2), während Riwalas das Laserauftragschweißen demonstrierte, bei dem eine verschleißfeste Beschichtung aufgebracht wurde (Bild 3).Abbildung 1: Laserschneiden von Edelstahl 1.4301 (2,5 mm) mit 800 W und einer Schnittgeschwindigkeit von 20 mm/s.Mit freundlicher Genehmigung des Fraunhofer ILT.Bild 2 (oben): Hochbrillantes Laserschweißen mit Tailored Bar Source (Spotgröße 200µm).Mit freundlicher Genehmigung des Fraunhofer ILT.Bild 3 (unten): Additive Fertigung mit Laser Cladding (verschleißfeste Beschichtung).Mit freundlicher Genehmigung von Riwalas.Das Herzstück des Konzepts von Dilas ist hinsichtlich seiner Strahlcharakteristik ein maßgeschneiderter Diodenlaserbarren.Mittels Standard-Fast- und Slow-Axis-Kollimationslinsen und optischer Stapelung der Emissionslinien mehrerer Barren in Fast-Axis kann der resultierende Strahl in eine 200-µm-Faser mit einer numerischen Apertur (NA) von 0,22 eingekoppelt werden.Die Leichtigkeit, mit der die Leistung maßgeschneiderter Diodenlaserbarren optisch geformt werden kann, macht das Konzept im Vergleich zu komplexen Mikrooptiken für Barren kostengünstig.Ein weiterer wichtiger Designaspekt ist der planare Aufbau.Dies ermöglicht vollautomatisierte Produktionsschritte, die qualitativ hochwertig und kosteneffizient sind.Die Barren werden inspiziert, mikrometergenau auf Submounts montiert, getestet und anschließend nach Wellenlänge und Leistungsparametern sortiert.Mehrere Stäbe sind auf einer einzigen Grundplatte montiert (Abbildung 4), ähnlich einer elektronischen Leiterplatte.Die aktive Ausrichtung der Mikrooptik führt zu sehr hohen Ausbeuteraten und bestmöglicher elektrooptischer Effizienz.Abbildung 4: Konzept der Grundplatte mit Tailored Bars.Skalierbare maßgeschneiderte Stäbe für verschiedene Faserlaserpumpen und DirektanwendungenDa das Design hinsichtlich Leistung und Funktionen modular ist, sind Leistungsstufen von bis zu 1.200 W bei 20 mm x mrad mit einer Pumpwellenlänge möglich.Bis zu 4 kW mit 25 mm x mrad können bereitgestellt werden, indem mehrere Wellenlängen für direkte Diodenanwendungen verwendet werden.Diese Module werden zum Endpumpen von Faserlasern sowie für die Materialbearbeitung wie Dünnblechschweißen und additive Fertigung verwendet.Mit seiner maßgeschneiderten Stabplattform hat Dilas mehr als 30.000 Einheiten von Pumpmodulen für das Faserlaserpumpen der Kilowattklasse ausgeliefert.Zusätzlich zu der Reihe von Standardmodulen wurde ein sichtbares rotes Modul bei 638 nm hergestellt, das 40 W in 400 µm ø, NA 0,2 für Display- und Projektionsanwendungen erzeugt.Die nächste Generation kommerzieller Laser benötigt ebenso wie luftgestützte Laser leichte und kompakte Pumpdioden.Das Tailored-Bar-Konzept wurde bereits mit einem Leistungsgewicht von weniger als 1gr/W bei Leistungen bis 600W realisiert.Um eine hohe Leistung und Strahlqualität in Kombination mit einem geringen Platzbedarf zu erreichen, wurde ein kompakter und stapelbarer elektrooptischer Baustein (ein Makrokühler) eingeführt.Durch reduzierten Wärmewiderstand und Kühlung mit Brauchwasser (VE-Wasser) kann so ein Wirkungsgrad von über 55 Prozent erreicht werden.Darüber hinaus hat sich das Tailored-Bar-Konzept einschließlich der optischen Strahlformung als widerstandsfähig gegenüber rauer Behandlung wie Stößen und Vibrationen erwiesen.Industrieanforderungen für viele Schweißanwendungen erfordern bis zu 4 kW.Dicht gestapelte 2D-Anordnungen von Makrokühlern erzeugen kleine 1-kW-Leistungseinheiten.Eine optimierte Strahlqualität von weniger als 25 mm x mrad für ein Einzelwellenlängen-Submodul wurde durch die Verwendung von Raum- und Polarisationsmultiplexing in einem automatisierten Ausrichtungsverfahren erreicht.Durch die Kombination mehrerer Submodule (Abbildung 5) mit unterschiedlichen Wellenlängen kann das überlagerte Licht dann in eine 400-µm-ø-Faser mit NA 0,12 eingekoppelt werden, was 25 mm x mrad entspricht.Abbildung 5: Von links: Modifizierte Bodenplatte (Makrokühler) für Tailored Bars mit FAC- und SAC-Linsen;Anordnung von acht gestapelten Grundplatten;und mit einer Strahlformungsoptik integriert, die einen in beiden Achsen kollimierten Strahl bei einer einzigen Wellenlänge liefert.Eine Ausgangsleistung von 4,1 kW wurde mit 48 Prozent elektrooptischem Wirkungsgrad bei einem moderaten Stromniveau von 35 A erreicht, was nahe am maximalen Wirkungsgrad liegt.Da der Aufbau für bis zu 50 A geeignet ist, gibt es noch Spielraum für höhere Ausgangsleistungen für die nächste Generation von maßgeschneiderten Stäben.Mit einem Lasersystem, das auf einem solchen Motor basiert, kann das Metallschweißen wie in Abbildung 6 gezeigt durchgeführt werden.Hochwertiges Laserschweißen ermöglicht nicht nur optimierte Schweißnähte und reibungslose Schweißprozesse (Bild 7), es reduziert auch Kosten und Zeitaufwand für die Nachbearbeitung von Teilen, da der Schweißvorgang nahezu spritzerfrei ist.Die hohe Effizienz, der geringe Platzbedarf und die einfache Integration in bestehende Produktionslinien sorgen für niedrige Betriebskosten.Abbildung 6 (oben): Schweißkurve für Edelstahl (1.4301), die auch den Querschnitt der Schweißnaht bei einer Geschwindigkeit von 2 m/min angibt.Abbildung 7 (unten): Beispiel für dünnes Metallschweißen.Diodenlaser mit hoher Helligkeit für 3D-Druck und -SchneidenVolumenmärkte wie Schneiden oder Remote-Schweißen waren in der Vergangenheit für den Diodenlaser nicht kommerziell zugänglich.Der wachsende 3D-Druckmarkt (Abbildungen 8 und 9) erfordert sehr kleine Fokusgrößen für hochauflösendes selektives Laserschmelzen (SLM).Für diese Anwendungen ist eine Strahlqualität von weniger als 10 mm x mrad erforderlich.Durch die Verwendung von nur 50 µm breiten emittierenden Strukturen anstelle von 100 µm wie bei den standardmäßigen Tailored Bars wird die Helligkeit verbessert und die Basiseinheit liefert etwa 180 W mit einem Strahlparameterprodukt (BPP) von weniger als 10 mm x mrad (100 µm Durchmesser, NA von <0,2).Für eine weitere Leistungsskalierung könnte neben breitem Wellenlängen-Multiplexing mit einem Wellenlängenabstand von etwa 30 nm, das auf fünf bis sechs verfügbare Wellenlängen begrenzt ist, dichtes Wellenlängen-Multiplexing eine Leistungsskalierung um einen Faktor von mehr als dem 30-fachen ermöglichen, während die Strahlqualität des Einzelstrahls beibehalten wird Einheit.Ein Demonstrator, basierend auf drei verschiedenen Freistrahlmodulen, wurde aufgebaut.Jedes Modul wurde mit volumenholografischen Gittern (VHGs) bei 972 nm, 976 nm und 980 nm mit einer Linienbreite von weniger als 0,5 nm (90 Prozent) wellenlängenstabilisiert.Mit handelsüblicher Optik und ohne weitere Optimierung wurde eine Ausgangsleistung von 400 W und ein elektrooptischer Wirkungsgrad von mehr als 40 Prozent demonstriert.Es ist daher davon auszugehen, dass dieser Aufbau mit optimierten optischen Komponenten 500 W mit einem elektrooptischen Wirkungsgrad von mehr als 45 Prozent erreichen kann.Da intern der gesamte Strahlengang dieses dichten Wellenlängen-Multiplexing-Aufbaus linear polarisiert ist, ist der Weg für 1-kW-Module mit 10 mm x mrad ziemlich klar.Die Einbeziehung von mehr Wellenlängen in die breiten verfügbaren Standardbänder wird den Bau von Diodenlasersystemen der Multi-Kilowatt-Klasse ermöglichen.Die Wirtschaft wird den Erfolg des Diodenlasers im Bereich der Faserlaser bestimmen, aber das intelligente Konzept des automatisierten maßgeschneiderten Stabdesigns kann eine wichtige Rolle im Wettlauf auf den Markt spielen.Mauritz Möller und Philipp Scheible von Trumpf teilen einen Multi-Spot-Ansatz, um optimale Schweißnähte bei der Herstellung von Leistungselektronikgehäusen zu erzielenMauritz Möller und Philipp Scheible teilen einen Multi-Spot-Ansatz, um optimale Schweißnähte bei der Herstellung von Leistungselektronikgehäusen zu erzielenMichael Hustedt, Oliver Seffer und Alexander Hilck vom Laser Zentrum Hannover über die Umhausung eines Hochleistungsfügeverfahrens für bis zu 30 mm dicke StahlblecheMichael Hustedt, Oliver Seffer und Alexander Hilck vom Laser Zentrum Hannover über die Umhausung eines Hochleistungsfügeverfahrens für bis zu 30 mm dicke StahlblecheLaser bieten ein berührungsloses, schnelles, flexibles und kostengünstiges Werkzeug zum Schneiden von Blechen in einer Reihe von Branchen.(Shutterstock/Parilow)Der spezialisierte Laserintegrator Cyan Tec teilt einige der neuesten Entwicklungen auf dem Gebiet des BlechschneidensIntegratoren wie GFH Micromachining, 3D Micromac und LLT Applikation entwickeln komplette Lasermikrobearbeitungssysteme mit allen Laser-, Bewegungssteuerungs-, Software- und Sicherheitskomponenten, die zur Realisierung hochwertiger Anwendungen erforderlich sind (Bild: GFH Micromachining)Betrachtet man die Markttrends, auf die Integratoren bei der Entwicklung neuer Systeme reagieren müssenJan Keuntje und Peter Jäschke haben ein makroskopisches Finite-Elemente-Modell entwickelt, um das Laserschneiden in der Serienfertigung von CFK-Bauteilen zu etablierenJan Keuntje und Peter Jäschke vom Laser Zentrum Hannover haben ein makroskopisches Finite-Elemente-Modell entwickelt, um das Laserschneiden in der Serienfertigung von CFK-Bauteilen zu etablierenLasertechnologien müssen sich weiterentwickeln, um mit den Anforderungen der Elektronikindustrie Schritt zu halten.(Bild: Shutterstock/raigvi)Die Elektronikfertigung bietet sowohl bedeutende Möglichkeiten als auch gewaltige Herausforderungen für Entwickler von Laser-MaterialbearbeitungstechnologienHandgeführte Laserreinigungsgeräte sind eine beliebte Wahl in der Industrie, um den Strahl auf das Werkstück zu bringen.(Bild: Shutterstock/Surasak_Photo)Die Grundlagen der Laserreinigung, die beteiligten Systeme und die Vorteile, die sie gegenüber herkömmlichen Reinigungstechniken bietetPaul Butler-Smith und Tian Long See demonstrieren, wie die Oberflächenreibung medizinischer Edelstahlwerkzeuge durch gepulste und ultrakurz gepulste Laserbearbeitung reduziert werden kannPaul Butler-Smith und Tian Long See vom MTC demonstrieren, wie die Oberflächenreibung von medizinischen Edelstahlwerkzeugen durch gepulste und ultrakurz gepulste Laserbearbeitung reduziert werden kannDr. Michael Jarwitz vom IFSW der Universität Stuttgart betont die Notwendigkeit eines einzigen Werkzeugs, das für eine äußerst vielseitige und anpassungsfähige Fertigung geeignet istDr. Michael Jarwitz vom IFSW der Universität Stuttgart betont die Notwendigkeit eines einzigen Werkzeugs, das für eine äußerst vielseitige und anpassungsfähige Fertigung geeignet ist