Alles, was Sie über Laser in der Industrie wissen müssen

Heutzutage werden Laser fast überall genutzt. Sie helfen Smartphones, Robotern und Teleskopen beim Sehen, vermessen die Welt und haben sich in der Industrie als wichtiges Werkzeug etabliert. Wir geben Ihnen einen Überblick, was dieses spezielle Licht so erfolgreich macht und was der Nutzen für die Industrie ist.

Das erfahren Sie in diesem Artikel:

Wie der Laser Einzug in die Industrie hielt

Bereits 1917 hatte Albert Einstein die theoretische Idee für den Laser und beschrieb die stimulierte Emission von Licht in seiner Arbeit ‚Strahlungsemission und Absorption nach der Quantentheorie‘. Im Jahr 1960 trägt Einsteins Theorie dann praktische Früchte: Der erste Laser – ein Rubinlaser – wird von Theodore Malman in den USA in Betrieb genommen.

Seitdem wurden zahlreiche weitere Lasertypen entwickelt: Gas- und Festkörperlaser, kontinuierlich strahlende und gepulste Laser. 14 Nobelpreise gab es bereits für mit dem Laser verbundene Entdeckungen.

Einzug in die Industrie hielten die Laser in den 1970er-Jahren, als beispielsweise die Carl Haas GmbH im Jahr 1970 Laser beim Bohren von Uhrenfedern und -steinen einsetzte und als Trumpf 1979 die erste Laser-Stanzmaschine vorstellte. Übrigens entwickelte Trumpf den ersten eigens hergestellten Laser im Jahr 1985.

Mittlerweile finden Laser fast überall Anwendung und haben sich in der Industrie als Fertigungstechnologie etabliert. Was aktuell die Trends im Bereich der industriellen Lasertechnologie sind, lesen Sie hier:

Was die Hauptanwendungsgebiete von Lasern in der Industrie sind

Hauptsächlich eingesetzt werden Laser im Bereich der Fertigungstechnik. Hier hat er sich bereits in einigen Bereichen etabliert. Eine Branche, die besonders oft auf den Laser setzt: die Automobilindustrie und ihre Zulieferer. Beispielweise werden dort Karosserieteile geschnitten oder Bauteile verschweißt. Ebenfalls häufig zum Einsatz kommt das spezielle Licht bei der Fertigung von Bauteilen für die Elektromobilität. Warum das so ist, lesen Sie hier: „Warum Laser die Wunderwaffe für Elektroautos sind“.

In der Elektronikfertigung werden Laser unter anderem zum Markieren von Leiterplatten genutzt. Auch in der Luft- und Raumfahrtindustrie kommen Laser aufgrund ihrer Präzision besonders häufig zum Zug, unter anderem beim Schweißen von Flugzeugstrukturen.

Aber auch bei der Messtechnik haben Laser eine relevante Rolle. Hier werden sie beispielsweise in Laser-Interferometern zur extrem präzisen Distanzmessung genutzt oder in der Laserscanning-Mikroskopie.

Besonders exotische Anwendungen gibt es aber auch. Eine kleine Zusammenstellung finden Sie hier: „Die 10 abgefahrensten Laser-Anwendungen“.

Welche Bearbeitungsverfahren mittels Laser möglich sind

Laser können als Werkzeug für verschiedene Fertigungsverfahren dienen. Besonders weit verbreitet ist das Laserschneiden von Metallen und anderen harten Materialien. Dafür wird ein Laserstrahl über ein Werkstück geführt und durch die starke Erwärmung des Materials schmilzt oder verdampft es. Die Laserleistung konzentriert sich dabei auf einen Punkt mit meist weniger als einem halben Millimeter Durchmesser. Wenn an dieser Stelle mehr Wärme eingebracht wird als aufgrund von Wärmeleitung abfließen kann, durchdringt der Laserstrahl das Material vollständig und das Bauteil wird zerschnitten. Das Besondere: Der Laserstrahl erledigt seine Arbeit berührungslos.

Das Laserschweißen ist ein weiteres häufiges Verfahren. Die Laserstrahlung wird gebündelt und auf den Fügestoß der zu verschweißenden Bauteile gerichtet. Die Laserleistung wird von der Werkstoffoberfläche absorbiert, was zu einem schnellen Temperaturanstieg über die Schmelztemperatur hinaus führt. So verschmelzen die Bauteile miteinander an den Stellen, an denen die Laserleistung eingebracht wird. Gerade wenn qualitativ hochwertige Schweißnähte benötigt werden, kommt der Laser anstatt des Lichtbogens zum Zug. Aber auch bei hohen Schweißgeschwindigkeiten oder schmalen und schlanken Schweißnahtformen wird die Technologie bevorzugt genutzt. Ein weiterer Vorteil: der geringere thermische Verzug.

Was es bei der Wahl des passenden Schweißverfahrens zu beachten gibt, das lesen Sie hier:

Beim Laserbohren bringt ein kurzer Laserpuls mit hoher Leistungsdichte die Energie in sehr kurzer Zeit in das Werkstück ein. Das Material schmilzt und verdampft. Je höher die Pulsenergie, desto mehr Material schmilzt und verdampft. Beim Verdampfen vergrößert sich das Materialvolumen im Bohrloch schlagartig und es entsteht ein hoher Druck. Dieser Dampfdruck treibt das geschmolzene Material aus dem Bohrloch.

Laser können außerdem dazu verwendet werden, dauerhafte Markierungen oder Gravuren auf einer Vielzahl von Materialien zu erstellen. Das Lasermarkieren wird oft zur Produktkennzeichnung, zur Herstellung von Barcodes und QR-Codes, und zur Personalisierung von Produkten verwendet.

Ein weiteres Feld: die Oberflächenmodifikation. Hier wird Laserstrahlung verwendet, um Oberflächeneigenschaften wie Härte, Textur und Haftung zu verändern. Dafür gibt es je nach Veränderungswunsch verschiedene Verfahren, zum Beispiel zur Oberflächenhärtung oder -reinigung.

Wie Laser im Bereich der additiven Fertigungsverfahren eingesetzt werden, das lesen Sie hier:

Welche Materialien mit Lasern bearbeitet werden können

Da es eine große Vielfalt an Laserquellen und -verfahren gibt, kann nahezu jedes Material auf diese Weise bearbeitet werden. Sowohl Metalle, Kunststoffe und Keramik als auch Holz und Textilien können auf die verschiedensten Arten „gelasert“ werden.

Es gibt auch einige Materialien, die eine Bearbeitung mit dem Laser erschweren. Zum Beispiel transparente oder stark reflektierende Materialien. Mit dem richtigen Laser und angepassten Verfahrensparametern lassen sich allerdings auch diese Probleme lösen.

Welche Arten von Lasern in der Industrie eingesetzt werden und welche Eigenschaften sie haben

In der Industrie werden hauptsächlich Faser- oder CO₂-Laser genutzt. Diese zeichnen sich durch ihre unterschiedlichen Wellenlängen, Leistungen und Bearbeitungseigenschaften aus.

Der Faserlaser ist eine spezielle Form der Festkörperlaser, bei dem der Kern einer Glasfaser als aktives Medium dient. Sie sind sehr robust und haben eine hohe Strahlqualität. Mehr dazu lesen Sie in diesem Artikel: „Faserlaser: Diese Stärken machen ihn unverzichtbar“.

CO₂-Laser nutzen – wie der Name schon sagt – als aktives Medium Kohlenstoffdioxid. Neben den Festkörperlasern zählt er zu den leistungsstärksten und am häufigsten industriell genutzten Lasern. Das liegt unter anderem daran, dass sie relativ kostengünstig und effizient sind. Mehr zu diesem speziellen Gaslaser lesen Sie hier: „Warum der CO₂-Laser eine echte Allzweckwaffe ist“.

Außerdem unterscheiden sich die eingesetzten Laser durch ihre Betriebsart. Sie können kontinuierlich oder gepulst sein.

Eine Art, die dabei heraussticht, sind Ultrakurzpulslaser. Diese haben extrem kurze Pulse im Femto- und Pikosekundenbereich, welche einzigartige Anwendungen vor allem in der Hochpräzisionsbearbeitung ermöglichen. Mehr dazu lesen Sie hier: „Was Ultrakurzpuls-Laser in der Industrie möglich machen“.

Welche Vorteile Lasertechnologie im Vergleich zu anderen Bearbeitungsmethoden bietet

Der Mehrwert von Lasern in der Fertigungstechnik entsteht vor allem aus der Vielseitigkeit der Lasereigenschaften. So können Werkstücke aus unterschiedlichen Materialien punktgenau bearbeitet werden, sei es auf- oder abtragend.

Ein weiterer Vorteil: Es gibt wenig bis keinen Werkzeugverschleiß, Werkzeugwechsel sind nicht erforderlich. Aufgrund der berührungslosen Fertigung und dem gut kontrollierbaren Energieeintrag ist die Bearbeitung vergleichsweise materialschonend.

Außerdem lassen sich Prozesse häufig einfacher automatisieren als bei anderen Verfahren. Auch die Digitalisierung ist bei vielen Anwendungen weiter fortgeschritten als bei vergleichbaren Technologien. So wird beispielsweise schon eine ganze Weile künstliche Intelligenz genutzt, um Prozesse noch akkurater zu machen – mehr dazu hier:

Wie Lasertechnologien in bestehende Fertigungsprozesse integriert werden können

Die einfache Antwort: Genau wie jede andere Fertigungstechnik auch. Die Integration von Lasersystemen in bestehende Fertigungsprozesse erfordert eine sorgfältige Planung, einschließlich der Auswahl geeigneter Lasersysteme, der Anpassung von Prozessparametern und der Schulung des Personals. Wurde zuvor nicht mit Lasern gearbeitet, gilt es auch die vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen zu erfüllen.