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Erfolgsgeschichte w w w.trumpf.com
50 Jahre Laser — eine Technologie verändert die Welt
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Herausgeber TRUMPF GmbH + Co. KG, Johann-Maus-Straße 2, 71254 Ditzingen, Deutschland, www.trumpf.com V.i.s.d.p. Jens Bleher Chefredaktion Holger Kapp, Telefon +49 (0) 7156 303 – 31559,
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02:2009 Titel: Ewa Walicka / Fotolia; Ugorenkov / Fotolia; EDAG GmbH; Gernot Walter; Klaus Eppele / Fotolia; Lasertechnik Rädisch GmbH; Gernot Walter; Lothar Drechsel / Fotolia; Airbus S.A.S. 2005; Schreinerei Protze; Tomasz Pawlowski / Fotolia; Galaiko Sergey / Fotolia; Logitec; Bombadier Inc.; Solland Solar; Rolls-Royce plc, copyright © Rolls-Royce plc 2009; Roman Ivaschenko / Fotolia; Intel; Mitsubishi Electrics; NASA; Hewlett Packard; Charité, Chirurgische Klinik I; Wikipedia Commons; Gernot Walter; Cpro / Fotolia; LaserGlow Technologies; Herzapfelhof; Gernot Walter; Bundesministerium des Innern; Christophe Papke / Fotolia; Kremo Laser-Papierfeinstanzungen; TheThirdMan / Fotolia; Eberspächer; Gernot Walter; Gernot Walter; Carl Zeiss; BIOTRONIK GmbH & Co. KG; VICTORINOX PHOTOPRESS; Sebastian Kaulitzki / Fotolia; Synbone / KD Busch; Märklin; Chickenstock / Fotolia; BOSCH; Fotokalle / Fotolia; Christian Jung / Fotolia; Carl Subick / Fotolia; Kettler / KD Busch; Gernot Walter (Stoppschild); Hewlett Packard; Staatsarchiv Uri, Altdorf (A-Urk 4) Seite 14/15: Lasertechnik Rädisch; Prof. Theodor W. Hänsch; Europäische Kommission; BIOTRONIK GmbH & Co. KG; Bremer Instituts für angewandte Strahltechnik (BIAS) GmbH Nanoscribe GmbH; Laser 2000 GmbH; Universität Ulm; Herzapfelhof; Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE
Editorial
„Wo
steckt der Laser ?“, fragt die vorletzte Seite der Laser Community in jeder Ausgabe. Alleine für Applikationen aus der Materialbearbeitung mit TRUMPF Technik könnten wir diese Seite von heute an bis zur 100-Jahr-Feier der Lasertechnik monatlich füllen. War der Laser 1960, als das erste Laserlicht erzeugt wurde, noch eine Erfindung auf der Suche nach einer Anwendung, bildet er heute das Rückgrat der modernen Kommunikationsgesellschaft, erobert als Werkzeug die Fabrikhallen und liefert als wissenschaftliches Instrument wichtige Erkenntnisse in der Forschung. Durch jahrzehntelange intensive Forschung und Entwicklung zu einer hohen Reife gebracht, nutzt heute jedermann die unglaublichen Möglichkeiten des Laserlichts. Wir tun dies meist ganz selbstverständlich, ohne es zu bemerken oder zu wissen. Die Entwicklung der Lasertechnologie ist durchaus mit der der Mikroelektronik vergleichbar, bezogen auf die grundlegenden Veränderungen, die durch sie möglich wurden. Während sich die elektronische Revolution aber durch die Produkte, die wir täglich nutzen, deutlich sichtbar
Ein guter Grund zum Feiern! abspielt, ist die Laserrevolution eine unsichtbare: Dass sich die fortschreitende Miniaturisierung von Computern, Handys und anderen Endgeräten vermutlich nur durch die Anwendung der Lasertechnik durchhalten lässt, wissen eigentlich nur die, die daran arbeiten. Niemand denkt darüber nach, um wie viel teurer, schwerer, ineffizienter und unsicherer sein neues Auto ohne Lasertechnik wäre. Kaum jemand ist bewusst, wie wichtig Lasertechnik in der modernen Medizin geworden ist, und welche Eltern ahnen schon, dass die feinen Löcher im Sauger ihres Kindes mit einem Laser gebohrt werden. 50 solcher Beispiele haben wir zur Feier des Jubiläums auf der Titelseite und im Internet gesammelt und damit trotzdem nur eine winzige Auswahl zusammengestellt. Das Werkzeug Licht ist eine Schlüsseltechnologie geworden und entsprechend vielfältig sind die Anwendungen. Die Laserbranche als Summe der Unternehmen, die Lasertechnik herstellen und anbieten, ist klein. Die Laserbranche als Summe aller Unternehmen, die mit Lasern arbeiten, ist gewaltig. Wenn man betrachtet, was in den Anwendungslabors dieser Welt geschieht, kann man erahnen, dass wir immer noch erst am Anfang der beschriebenen Revolution stehen, die durch den Laser ausgelöst wurde. Feiern wir deshalb das erste halbe Jahrhundert Lasertechnik: Der Laser hat es verdient.
p e t e r l e i bi n g e r Stellvertretender Vorsitzender der Geschäftsführung Vorsitzender des Geschäftsbereichs Lasertechnik /Elektronik
[email protected]
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02 : 2009
1960 — 2010 50 Jahre Laser
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9 Laser und Leute im Überblick
Seite 06
automobilbau auf dem grünen weg Seite 06 // Grüne Ideen auf der ICALEO // Reparaturverfahren für Turbinen Seite 07 // Innovatoren gesucht // NanopartikelKonferenz ANGEL 2010 // Minitec bringt Neues unter die Sonne Seite 08 // TU Wien biegt mit Laserhilfe
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50 Jahre Laser
Das neue Licht Zwei Forscher stoßen 1958 ein Wettrennen um den ersten Laser an. Ein neues Werkzeug erobert in den 1980ern die Industrie: Die Geschichte des langen Weges dazwischen. Seite 10
Meilensteine „1960 – 2010: Was war wirklich wichtig?“ Die Antworten des Fachjournalisten David Belforte und des Physikers Prof. Mario Bertolotti. Seite 14
„Mit dem Labor zogen wir in die Waschküche“ Nach der Gründung des ersten Laser-Unternehmens brannte Eugene Watson Flecken in die Garage seines Nachbarn: Erinnerungen an den großen Aufbruch. Seite 16
08 netzknoten 30 Marktansichten
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Trumpf und der Laser In eigener Sache: Eine glückliche Beziehung, erzählt in vierzehn Stationen. Seite 20
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„Wo nur das Neue gilt, wächst das Alte” Wer über das Neue das Alte vergisst, verpasst die Zukunft, sagt Prof. Ernst Peter Fischer. Der Laser gibt ihm recht. Seite 21
meyer werft
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Traum-Fabrik Auch Ozeanriesen fangen klein an: mit 750-Quadratmeter-Blechen und der größten Lasermaschine der Welt. Seite 22
„Der richtige Mix entscheidet“
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Schönschrift weltweit Ein Netzwerk aus Markierlasern mit automatischer Fernkalibrierung: Das gibt es nur bei Endress + Hauser. Seite 28
EDAG GmbH / www.edag.de
Victor Chung erklärt, wie er den Blechfertiger JINPAO weltweit wettbewerbsfähig macht. Seite 26
50 Jahre, 50 Mal Lasertechnik: Wo und wie der Laser in den 50 Gegenständen auf unserem Titel steckt, erfahren Sie unter www.50JahreLaser.com
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--- Zweifelsfrei, Lasergravur Die Republik Guatemala setzt künftig auf Biometrie und Lasergravur für fälschungs sichere Personalausweise. Die Ausweise werden im Lasermarkierverfahren personalisiert. www.datacard.com --- Pro Faserlaser Unter Leitung des Fraunhofer-Instituts IWS Dresden verfolgt das EU-Forschungsprojekt „LIFT — Leadership in Fibre laser Technolo gies” das Ziel, mit innovativen Faserlaserquel len die Führungsrolle Europas auszubauen. www.iws.fraunhofer.de --- Deutsch-russische Zusammenarbeit Laser-Know-how zu verbreiten, ist das Ziel der fünf Laser Innovation Technological Centers (LITC) in Russland. Aktuell realisiert das LITC Moskau eine Wasserreinigungsanlage. www.lzh.de --- Ausgezeichnete Nachwuchsforscher Mit knapp acht Millionen Euro fördert die irische Regierung 15 junge Forscher in Cork, Dublin und Galway. Neben Nanotechno logie stehen auch optische Technologien und Laser im Fokus. www.sfi.ie
„Unser Ziel ist es, den Energieaufwand zur Produktion eines Automobils zu halbieren“ Prof. Reimund Neugebauer, Sprecher der Innovationsallianz Green Carbody Technologies
Grüner Weg Knappe Rohstoffressourcen erfordern effiziente Produktionsprozesse Rund 20 Prozent der Energie, die ein Fahrzeug über seinen Lebenszyklus verbraucht, fallen bei seiner Herstellung an. Die Innovationsallianz „Green Carbody Technologies“, ein Zusammenschluss von mehr als 60 Unternehmen in Deutschland, möchte diesen Wert halbieren. Der globale Wettbewerb, der Klimaschutz und knappe Ressourcen machen es notwendig, gemeinsam neue Technologien, Verfahrensabläufe und Werkzeuge für die Karosseriefertigung zu erarbeiten und rasch in die industrielle Praxis umzusetzen. Auf dem Prüfstand steht die gesamte Prozesskette, deren Schritte effizient aufeinander abgestimmt werden sollen. Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt. Der Forschungsetat der beteiligten Unternehmen beträgt insgesamt 100 Millionen Euro. 30 Millionen davon sind für Verbundprojekte vorgesehen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung unterstützt die Initiative mit weiteren 15 Millionen Euro. www.iwu.fraunhofer.de
--- Transatlantische Kooperation Die University of Central Florida forscht künftig gemeinsam mit dem deutschen Fraunhofer-Institut für Lasertechnologie (ILT) an High-Power-Lasern und Laser materialbearbeitung. www.creol.ucf.edu
Grünes Licht ICALEO diskutiert die grüne Zukunft
--- Brüsseler Gipfel Die EU-Kommissarin für Informationstechno logie und Medien Viviane Reding diskutiert im Januar 2010 mit namhaften Experten die dann vorliegende zweite Photonics21 Strategic Research Agenda. www.photonics21.org --- Ausgezeichneter Job-Shop Als erster Job-Shop hat die US-amerikanische Fedtech Inc. die begehrte Qualitätsauszeich nung „Partner Status“ von John Deere & Company erhalten — unter anderem als Zulieferer für lasergeschnittene Präzisionsteile. www.fedtech.com
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Zukunftsthema auf der ICALEO: günstige und effiziente Solarzellen
Die im November 2009 abgehaltene Konferenz ICALEO verknüpfte den Laser mit dem globalen Zukunftsthema Energie und Energieeffizienz: Grenzen und Herausforderungen einer grünen Wirtschaft und die Rolle, die der Laser darin spielen wird. Peter Baker, Geschäftsführer des Laser Institute of America LIA, erklärte: „Laser werden zum entscheidenden Werkzeug. Mit ihnen lassen sich die Wünsche der Kunden nach effizientem und nachhaltigem Energieeinsatz erfüllen und zugleich hochwertige Produkte fertigen.“ Auf der Agenda standen die Solarzellenfertigung ebenso wie Brennstoffzelle und Wasserstoff-Ökonomie oder neue Werkstoffe wie lasererzeugte Karbon-Nanoröhrchen und Diamant beschichtungen. www.laserinstitute.org / ICALEO
Dr.-Ing. Andres Gasser, Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen, repariert Triebwerke.
AKL-Preisträger 2008: das RobScan-Konzept der Daimler AG
Ideen vor Fraunhofer Institut für Lasertechnik ILT; Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE; Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU;Daimler AG; Laserzentrum Hannover LHZ
Reparatur von Frontrotoren. TRUMPF lieferte als Projektpartner die Anlagentechnik für die erste Installation.
„Neue Perspektiven für die Triebwerkstechnik“
Das European Laser Institute ELI und der Arbeitskreis Lasertechnik AKL schreiben den Innovation Award Laser Technology 2010 aus. Der Preis zeichnet Forschungsprojekte aus, deren Umsetzung zu einem belegbaren wirtschaftlichen Nutzen geführt hat. Er richtet sich an alle Forscher oder Projektgruppen, die sich mit Nutzung und Erzeugung von Laserlicht zur Materialbearbeitung befassen. Die Einreichungsfrist läuft noch bis zum 15. Januar 2010. www.innovation-award-laser.org
Rolls-Royce und ILT/ LLT entwickeln ein neues Laserverfahren für Triebwerksreparaturen. Dr. Andres Gasser über das Wie und Warum Was macht das neue Laserauftragschweiß-Verfahren so revolutionär ?
Kernstück sind spezielle Pulverzufuhrdüsen, die eine laminare Pulver-Gas-Zufuhr ermöglichen. Damit wird ein artgleiches metallisches Pulver in ein durch einen Laserstrahl erzeugtes lokales Schmelzbad auf der Bauteiloberfläche aufgebracht, dort aufgeschmolzen und damit Material aufgetragen. Die neue Pulver- und Schutzgaszufuhrdüse gewährleistet einen hohen Pulvernutzungsgrad und schützt das Schmelzbad vor Reaktionen mit der Atmosphäre. Eine geschlossene Prozessgaskammer ist nicht erforderlich. Welche Vorteile bringt das Verfahren?
Mithilfe des neuen Verfahrens können oxidationsempfindliche Titan- und Nickelwerkstoffe verzugsempfindliche Komponenten präzise, reproduzierbar und mit minimalem Verzug auftraggeschweißt werden. Das war bislang so nicht möglich. Deshalb konnten die wesentlichen und verschleißanfälligen Komponenten von Flugzeugtriebwerken wie Frontrotoren und Hochdruckverdichtergehäuse nicht repariert werden, sondern mussten komplett ersetzt werden. Das verursachte hohe Kosten. Zudem bestehen Flugzeugtriebwerke aus speziellen Titan- und Nickelbasislegierungen, was aufgrund der geringen Marktverfügbarkeit der Werkstoffe zu Beschaffungsproblemen führte. Ist das Verfahren auf andere Anwendungen übertragbar ?
Derzeit arbeiten wir daran, das Verfahren auf weitere Turbomaschinenkomponenten auszudehnen und so auch für stationäre Turbinen nutzbar zu machen. Das eröffnet neue Perspektiven für die allgemeine Triebwerkstechnik und langfristig auch für den gesamten Maschinenbau. Ansprechpartner: Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, Dr.-Ing. Andres Gasser, Telefon +49 (0)241 8906-209,
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Bunte Vielfalt: Substratfläschchen mit lasererzeugten Nanopartikeln
Nano-Treffen Gemeinsam mit der European Optical Society organisieren das Laser Zentrum Hannover, die Universität von Tokio und die Leibniz Universität Hannover vom 29. Juni bis 1. Juli 2010 die internationale Konferenz ANGEL 2010 in Engelberg, Schweiz. ANGEL steht für „Laser Ablation and Nanoparticle Generation in Liquids”. Thema ist die Erzeugung hochreiner Nanopartikel aus Feststoffen in Flüssigkeiten. Einreichungen für Vorträge werden noch bis zum 26. Februar 2010 angenommen. Außerdem schreiben die Veranstalter einen Preis für Nachwuchsforscher aus. www.myeos.org /ANGEL2010 7
Laserschweißen für rentablere Solarthermie-Anlagen Beim Bau solarthermischer Anlagen setzt sich der Laser als Werkzeug durch: Schon 2003 präsentierte die Schweizer Firma SunLaser ein neues Verfahren, das Absorberbleche und Rohre der Kollektoren mit einem gepulsten Laser statt per Ultraschall verschweißt. Ergebnis sind unsichtbare, extrem belastbare Nähte, höhere Arbeitsgeschwindigkeiten und vor allem die Möglichkeit, das Kupfer durch leichteres und kostengünstigeres Aluminium zu ersetzen. Andere Zulieferer stützten den Trend zum Aluminiumblech mit neuen Legierungen und mit reaktionshemmenden Zusätzen für die Flüssigkeiten im Wärmekreislauf. Mittlerweile arbeitet der Maschinenbauer MiniTec mit SunLaser zusammen. Am Deutschen Standort des Unternehmens richtet MiniTec aktuell ein großzügiges Solarthermie-Vorführ- und Kompetenzzentrum für Laserschweißen, Ein Fall für kombiniert mit vollautomatisierten Ferautomatisiertes Laserschweißen: tigungsstrecken, ein. www.minitec.ch
Absorberblech (A) und Rohrhaarfe (B) oder -schlange in Sonnenkollektoren
Glatt gebogen Energieeffizientes Biegeverfahren für spröde Werkstoffe
Geistesblitz
In einem kleinen Aufsatz beweist Albert Einstein mathematisch, dass sich Materie zum Strahlen anregen lässt.
1917 8
Ein neues Gesenkbiegeverfahren nutzt Laser energie, um spröde Materialien geschmeidiger zu machen. In der unteren Werkzeughälfte sitzt ein Diodenlaser. Nach einer kleinen Kaltkantung erwärmt er das Werkstück lokal entlang einer sehr schmalen Spur und erhöht so die Bruchdehnung. In der oberen Werkzeughälfte sitzt ein Temperaturfühler. Über diesen steuert die Software die Erwärmung und stimmt sie exakt auf den Fortschritt des Umformprozesses ab. Damit setzt das Verfahren nur so viel Wärme ein, wie für den Prozess nötig ist. Entwickelt hat das „lasergestützte Gesenkbiegen“ die TU Wien gemeinsam mit TRUMPF Austria. Die vorgestellte Studie verwendet 200-Watt-Diodenlaserbarren auf Mikrokanalkühlern. Über Steckverbindungen lassen sich beliebig viele Barren aneinanderreihen. Die Projektpartner arbeiten gegenwärtig daran, das Verfahren zur Marktreife zu entwickeln. www.ift.at
In der unteren Werkzeughälfte sitzt der Diodenlaser, in der oberen ein Temperaturfühler, der den Prozess überwacht.
Deutsche Presseagentur dpa; Illustration Gernot Walter; Institut für Fertigungstechnik und Hochleistungslasertechnik / TU Wien
Die American Physical Society (APS) und die Optical Society of America (OSA) feiern zum Jubiläum des Lasers ein ganzes Jahr das LaserFest und bieten dabei in Veranstaltungen, Symposien, Vorführungen und Vorträgen Einblick in seine spannende Vergangenheit und die faszinierende Zukunft. LaserFest ehrt auf nationaler und internationaler Ebene die Laserpioniere für ihre Forschung und die Entwicklung dieser revolutionären Technik. Gleichzeitig soll Schülern, Lehrern, Regierun gen und der Öffentlichkeit die Bedeutung und das Zukunftspotenzial des Lasers nahe gebracht werden. „Wir zeigen so, wie wichtig Forschung ist und welche unvorhersehbaren und revolutionären Fortschritte damit zu erzielen sind“, erklärt APS-Präsident Arthur Bienenstock. Von der Entdeckung der stimu lierten Emission durch Albert Einstein 1917, der theoretischen Grundlage des Lasers, über den Bau des ersten Festkörperlasers mithilfe eines Rubinkristalls durch Theodore H. Maiman bis zu modernen Hochleistungslasern: LaserFest feiert das ganze Spektrum der Lasertechnik. www.laserfest.org
Neues unter der Sonne
1960 — 2010 50 Jahre Laser
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1960, Ali Javan (Mitte) zündete mit Donald Herriott (vorn) und William R. Bennett jr. seinen Helium-Neon-Laser kurz nach Theodore H. Maimans Rubinlaser.
1960, Arthur L. Schawlow im Labor. Charles H. Townes und er skizzierten 1958 die Idee zum Laser.
1973, Feinarbeit: Eine frühe Anwendung war Punktschweißen etwa an Uhrfedern oder Heizwendeln für Glühkerzen — hier bei Carl Haas in Schramberg an selbst entwickelten Laserarbeitsplätzen.
1981, die dritte Laser-Stanz-Kombimaschine von TRUMPF installierte der Job-Shop Autz + Herrmann. Der Laser ist in der flexiblen Blechbearbeitung angekommen.
1985, die erste Laserschweißanlage für Getriebezahnräder bestellte ZF bei Held Systems: Mit wachsenden Laser leistungen stieg auch das Interesse am Tiefschweißen.
Emilio Segrè Visual Archives / AIP Photos; MIT Press / Bell Laboratories; TRUMPF (Haas-Laser); Autz + Herrmann GmbH; Held Systems Deutschland GmbH
1955, der Ausgangspunkt: Charles H. Townes (links) und James P. Gordon präsentieren ihren Maser, die Technologie, aus der der Laser hervorging.
50 Jahre Laser
Das neue Licht Im Mai 1960 zündete Theodore H. Maiman den ersten Laserblitz. Im Dezember erhielt der Laser-Vordenker Charles H. Townes den Nobelpreis. Nur die neue Ära ließ zunächst auf sich warten. Eine neue Technologie versprach 1960, die Welt zu verändern. Man sagte, sie werde bald Augen heilen, Signale übertragen und Werkstücke bohren, schneiden oder verschweißen können. Sie erlaube es, Raketen zu leiten, zu orten oder zu zerstören, die Verschmutzungen der Atmosphäre zu messen oder gar eine Kernfusion zu zünden. Reader’s Digest schrieb damals vom „light of hope“, die New York Times sah den Laser die Zukunft erleuchten und das Time Magazine nannte ihn „das heißeste Thema in der Festkörperphysik seit dem Transistor”. Dieser hatte kurz zuvor die elektronische Revolution ausgelöst: die Grundlage einer neuen Milliarden-Dollar-Industrie, beherrscht von den USA.
Theodore Maiman: Quelle unbekannt
Alle bedeutenden Forschungseinrichtun-
gen in den USA wandten sich dem Laser zu und die öffentlichen Forschungsprogramme spiegelten diese Wendung: Die US-Regierung setzte im Kalten Krieg auf militärische Stärke durch technologischen Vorsprung und hatte in den 1950erJahren die Etats vervielfacht. Allein das Verteidi gungsministerium förderte 1962 laut „Aviation Week and Space Technology“ den Laser mit rund 1,5 Millionen US-Dollar. Für die neue Laserindustrie bedeuteten die militärischen Forschungsprogramme das, was vierzig Jahre später Aktionäre und Risikokapitalgeber für die Internetbranche waren: leichten Zugang zu frischem
Geld. Ende 1962, zweieinhalb Jahre nach Theodore H. Maimans geglücktem Laserexperiment, setzte die Laserbranche laut Barron’s Magazine rund eine Million US-Dollar um. Fast 500 Unternehmen forschten an oder mit Lasern. Knapp 20 bis 30 Unternehmen brachten Laser auf den Markt. Ein Markt, dem die Wirtschaftspresse rasantes Wachstum prophezeite: auf eine Milliarde US-Dollar im Jahr 1973. Die Schätzung sollte um Jahrzehnte zu kurz greifen. Um 1964 hatten Laserforscher und Ingenieure zwar schon vieles probiert. So veröffentlichte
Theodore H. Maiman baute 1960 den ersten Laser: Resonator war ein Rubin, Pumpquelle eine Blitzlampe.
blieb, solange man die Applikation nicht vom Laser her komplett neu entwickelte. Genau das drückten 1964 enttäuschte Laser-Enthusiasten mit dem bekannten Satz aus: „Der Laser ist eine Lösung auf der Suche nach einem Problem.“ Gemeint war: Während der Transistor ganz einfach die Röhre ersetzt hatte, war der Laser ein noch unerforschtes Werkzeug. Und auch die Laser selbst stellten noch ein Problem dar: Die Lasermaterialien waren nicht rein genug, die Konstruktion war anfällig und die Leistung oft unzureichend. Noch fehlten Anwendungen, die die
Der Transistor hatte die Elektronik in wenigen Jahren zur Milliardenbranche gemacht. Vom Laser erwartete die Öffentlichkeit Ähnliches 1963 der Chefredakteur der Zeitschrift Electronics Magazine John Carroll „Die Laser-Geschichte“. Das Buch zeigt unter anderem Bilder eines 500-Watt-Lasers, der einen Stahlträger durchbohrt, sowie Experimente mit Datenspeicherung und der Übertragung von Fernsehsignalen. Doch jeder Versuch, eine bestehende Anwendung auf den Laser zu übertragen, zeigte, dass die „konventionelle“ Anwendung überlegen
industrielle Spirale aus steigenden Stückzahlen, standardisierten Produkten und fallenden Preisen hätten in Gang setzen können. Bei Lasern niedriger Leistung schufen Ende der 1970er-Jahre Scannerkassen, Laserdrucker und Messtechnik solche Anwendungen für den Helium-Neon-Laser. CD-Player und der Ausbau der Datenübertragungsnetze förderten zugleich die rasante Karriere der Halbleiterlaser als winzi11
50 Jahre Laser
ge, kostengünstige Laserdiode. Heute ist die digi tale Informationstechnik und Unterhaltungselektronik auf den Laser angewiesen. Für die Hochleistungslaser begann 1967 in Großbritannien eine entscheidende Entwicklung. Ein Maschinenbauer, Messer Griesheim, ein Strahlquellenhersteller, Coherent, und ein Forschungsinstitut, The Welding Institute, arbeiteten gemeinsam daran, den Laser für ein neues industrielles Verfahren einzusetzen: das Schneiden von Blechen.
Dieses Modell der Entwicklungsallianz ist
bis heute typisch in der Laserbranche. Dr. HansJosef Haepp, ehemaliger Leiter Produktions- und Werkstofftechnik bei der Daimler AG in Sindelfingen, sieht in ihm sogar das wesentliche Erfolgsmodell für den Durchbruch des Lasers in der industriellen Fertigung, wie er in Deutschland ab Anfang der 1980er-Jahre stattfindet. Als Beispiel beschreibt er die Entwicklung von Schweißapplikationen im Karosseriebau bei Daimler: „Das Institut für Strahlwerkzeuge IFSW brachte wesentliche Erkenntnisse zur Wechselwirkung zwischen Photonen und metallischen Werkstoffen sowie zur Prozessüberwachung ein. TRUMPF setzte diese in industrietaugliche Systeme um,
Jürgen Held begann mit Held Systems 1970, als Integrator Lasermaschinen zu bauen.
die die Daimler AG in einer sehr frühen Phase auf ihre Praxistauglichkeit testete. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse standen allen Partnern zur Verfügung und wurden zur gezielten Weiterentwicklung der Technologie genutzt.“ Die Entwicklungspartner von 1967 versprachen sich vom Laserschneiden eine deutlich bessere Schnittqualität gegenüber anderen Verfahren. Zudem besaß das Laserschneiden das Potenzial, sich als industrielle Standardapplikation einen wachsenden Markt zu erschließen: Seit den frühen Sechzigerjahren hatten Maschinen wie die Kopier-Nibbelmaschine von TRUMPF die industrielle Blechbearbeitung revolutioniert und einen neuen Markt ge-
Helmut Autz kaufte 1981 die erste Stanz-Laser-Kombimaschine für einen Job-Shop.
nem Job-Shop in Birmingham. Allerdings war auch diese Laseranlage eine Sondermaschine.
Große Maschinenbauer wie Messer Gries-
heim erschlossen ihren Kunden auf diesem Weg das neue Werkzeug, teils mit eigenen Strahlquellen, teils als Integrator. Andere spezialisierten sich ganz darauf, von Applikation zu Applikation Spezialwissen aufzubauen: Jürgen Held war mit Held Systems einer der Ersten: „Wir leben davon, Maschinen zu bauen, die noch nicht jeder bauen kann oder die so speziell sind, dass nur wenige sie brauchen. Der Laser bot von Anfang an in beide Richtungen außerordentliche Möglichkeiten“, sagt er. Der Bau von Lasermaschinen begann, sich als Geschäftsmodell zu entwickeln. Davon ermutigt trieben ihn die Integratoren voran. Im Lauf der 1970er-Jahre wuchs so das technische Wissen. Zugleich entwickelte sich mit dem zunehmenden Lasereinsatz das Geschäft mit technischen Komponenten für die Strahlerzeugung sowie die Führung und Kontrolle des Laserlichts. Ende der 1970er-Jahre hatte das Schneiden von Blechen auf diese Weise so viel Kontur gewonnen, dass die Entwicklung einer Standard-
Für das Laserschneiden gab es schon einen Markt. Was noch fehlte, war die marktfähige Maschine
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schaffen: Die Kopier-Nibbel- und später die NC-Maschine ermöglichten freie Konturen mit einem automatisch gesteuerten Prozess. Dabei waren sie auch für kleine Unternehmen bezahlbar, die so als Lohnfertiger Bleche mit industrieller Präzision bearbeiten konnten. Die erste Laserschneidanlage stand dann auch bei ei-
Autz + Herrmann GmbH; Josef Haepp; Ingrid Fiebak-Fotografie
Dr. Hans-Josef Haepp begleitete die Karriere des Lasers bei der Daimler AG, zuletzt als Leiter Produktionsund Werkstofftechnik in Sindelfingen.
maschine in der Luft lag: Auch TRUMPF experimentierte bereits mit einem importierten CO₂Laser, wurde aber 1978 von dem amerikanischen Wettbewerber Strippit geschlagen. Dieser präsentierte schon auf der IMTS in den USA seine erste Laserschneidmaschine. Ihr folgte im Herbst 1979 die erste Stanz-Laser-Kombimaschine von TRUMPF. Die Maschine zielte ganz direkt auf den Markt der flexiblen Blechfertigung: Die Kunden sollten keinen Hightech-Traum sehen, sondern eine vertraute Maschine, allerdings mit einem Mehrwert: ein „Werkzeug“ aus Licht, das per NC-Steuerung frei programmierbare Konturen schneidet. Die erste Maschine installierte Siemens, jedoch nicht in der normalen Blechfertigung, sondern in einer Laborumgebung.
Auf der Suche nach einem Lohnfertiger als
weiteren Referenzkunden verhandelte der damalige Vorsitzende der Geschäftsführung Prof. Berthold Leibinger mit dem Heidelberger JobShop Autz +Herrmann. Helmut Autz war sofort interessiert. Seine Kollegen dagegen zweifelten. Sie beobachteten, wie vorsichtig die Bediener bei Siemens die Maschine behandelten, und waren sich sicher, dass so eine Maschine in einer Werkstatt nie laufen würde. Das Argument, das schließlich stach, lautete: „Natürlich können Sie auf bessere Maschinen warten. Und natürlich werden bessere Maschinen kommen. Aber bis dahin holen sich diejenigen die Aufträge, die schon jetzt beschließen, mit dieser Maschine zu arbeiten.“ Für das ehemalige „Ingenieurspielzeug“ Laser begann so die steile Karriere als Werkzeug und Wettbewerbsfaktor. Für die weitere Entwicklung der Hochleistungslaser bedeutete die Verbreitung des Laserschneidens mit Standardwerkzeugmaschinen das Gleiche wie Fords „Modell T“ für das Automobil. Ansprechpartner: Autz + Herrmann GmbH, Helmut Autz, Telefon + 49 6221 506 –103,
[email protected] Held Systems Deutschland GmbH, Jürgen Held,
Gernot Walter
Telefon +49 6104 6648 – 0,
[email protected] TRUMPF GmbH+Co. KG, Holger Kapp, Telefon +49 7156 303 – 31559,
[email protected]
Lasergeschichten: ein Rückblick in fünf Bänden 1963 // Die Momentaufnahme Nur drei Jahre nach dem ersten Rubinlaser gab das Buch den Überblick: Wie der Laser erfunden wurde, was er können wird und wie man ihn baut. // John Millar Carroll: The Story of the Laser, Dutton, ISBN-10: 0525211004, ISBN-13: 978-0525211006, nur noch antiquarisch erhältlich
1975 // Wozu das Ganze? Eines der frühen Fachbücher, die halfen, das neue Werkzeug zu verstehen. Es zeigt, wie weit die Anwendungsideen damals über die technischen Möglichkeiten hinausreichten. // John E. Harry: Industrial Lasers and their Applications, McGraw-Hill Higher Education, ISBN-10: 0070844437, ISBN-13: 978-0070844438
1991 // Korea, Laser, Kennedy „Wie kam es, dass es so kam?“ Die Historikerin Joan Lisa Bromberg verknüpft die Geschichte des Lasers mit der der USA zwischen 1950 und 1970. // Joan Lisa Bromberg: The Laser in America 1950 – 1970, The MIT Press, ISBN-10: 0262023180, ISBN-13: 978-0262023184
2000 // Der große Krach Wer war der erste ? Gordon Gould kämpfte dreißig Jahre gegen Charles Townes um das Patent auf den Laser. // Nick Taylor: Laser – Thirty-Year Patent War, Simon & Schuster, ISBN-10: 0684835150, ISBN-13: 978-0684835150
2005 // Menschen und Ideen Der Physiker Mario Bertolotti verwebt die Wissenschaftsgeschichte von den Anfängen der Optik bis zur Laserphysik mit dem Leben der Forscher. // Mario Bertolotti: The History of the Laser, Institute of Physics Publishing, ISBN-10: 0750309113, ISBN-13: 978-0750309110
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Meilensteine
Was hat die Laserentwicklung vorangetrieben? Aus welchen Ideen wuchsen die großen
Anwendungen in der Materialbearbeitung? Die Antworten des Physikers Mario Bertolotti und des Fachjournalisten David Belforte
1961 // Q-Switch Die QSwitch genannte Güteschal tung ermöglicht Impulse im Nanoekundenbereich mit sehr hoher Leistung: Die Voraussetzung für erste Anwendungen, wie das Punktschweißen von Uhrfedern.
1964 // CO² Laser Mit die ser Laserklasse ziehen die Hochleistungslaser in die Materialbearbeitung ein. Sie liefern auch im Dauerstrichbetrieb hohe Leistungen mit vertretba rer Energieeffizienz.
1965
1966 // Farbstoff laser Ab jetzt lässt sich die Wellenlänge von Laserlicht entlang der breiten Emissionsspekt ren fluoreszierender Farb stoffe einstellen: Diese Laser werden Ausgangspunkt für Laserspek troskopie und einige Femto sekundenlaser.
1967 // Blechschneiden Mit der ersten funkti onierenden Schneid gasdüse beginnt der Aufstieg des Laserschneidens, das Wachstum des Job-ShopMarktes und die Entwicklung industrietauglicher, leicht be dienbarer Lasermaschinen.
1968 // Pulskompression Das Verfahren komprimiert die Pulsdau er auf Femtosekunden. So lassen sich bei gleichem Energiee insatz Pulse mit deutlich höherer Licht intensität erzeugen.
1975
1959 1960 1961 1962 1963 1964 1965 1966 1967 1968 1969 1970 1971 1972 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1
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1970
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1971 // Mikrolochbohrung Ein Elektronikun
1961 // Nichtlineare Optik Das neue Licht verwandelte die nichtli neare Optik von einem akademischen Theoriege bäude in eine praktische Theorie. Sie ermöglichte es, aus der Elektronik be kannte Techniken auf den Laser zu übertragen.
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1962 // Halbleiter laser Bereits 1955 wur den Halbleiterlaser disku tiert und 1962 das ers te Licht erzeugt. In den 1980er-Jahren revolutio nierten sie die Telekom munikation. Zugleich hal fen sie existierende Laser geräte zu verkleinern und ermöglichten ganz neue Applikationen.
um 1965 // Lasermarkieren Die Idee, Me 1963 // Modenkopplung Die Modenkopplung erzeugt regelmäßige Im pulsreihen mit konstanter Intensität und hoher Stabilität. Sie ist Basis für Kommunikationsanwendungen und für Femtosekundenlaser.
talle und andere Materialien mit Laser zu gravieren, kam bereits früh auf. Jedoch dau erte es fast zehn Jahre, bis es industrietaugliche, einfach bedienbare Systeme gab.
ternehmen verbindet zum ersten Mal zwei elektrisch leitende Schichten eines Mehrebenensubstrats mit winzigen, leitenden Lö chern. Heute spielt dieses Verfahren eine wichtige Rolle bei der Herstellung hocheffizienter Solarzellen.
50 Jahre Laser
* 2000 — 2009 : Teraherzlaser, 1987 // Generative Verfahren Am Anfang stand
um 1971 // Bohren von Turbinenschaufeln Die Arbeit an immer schnelleren Düsen flugzeugen führte zu einer neuen Kühltechnik für Tur binen: Schaufeln mit lasergebohrten Kühlkanälen. Daraus entwickelten sich mehrachsige Präzisionspositionierungssysteme und computergesteuerte Strahlfokussierung.
um 1973 // Hermetisches Kapseln
1982 // Ti-Saphir-Laser
Der Bedarf an gekapsel ten Elektronikkomponen-
Der in der Wellenlänge verstellbare Ti-Saphir-Laser
die Idee eines kalifornischen Unternehmens, mit Lasern in einem lichtempfindlichen Polymer dreidimensionale Strukturen zu erzeugen. Hieraus gingen später Verfahren
ten bringt Festkörperlaser als Schweißwerkzeug ins Spiel. Die große Zahl an Applikationen spielte eine wichtige Rolle für die Ver breitung der Lasertechnik.
erzeugt Pulse im Femtound Picosekundenbereich. Mit ihm zieht der Femtosekundenlaser als For schungsinstrument in vie le Labors ein.
wie Rapid Prototyping, Laserauftrag schweißen oder die Mikrostereolithographie hervor.
1985
Nanopartikelerzeugung… Die Lasertechnologie bringt heute mehr neue Ideen denn je hervor. Doch was davon ein Meilenstein sein wird, muss sich noch zeigen.
1995
1980 1981 1982 1983 1984 1985 1986 1987 1988 1989 1990 1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 [ …*]
80
1990
1992 // Stent-Schneiden 1988 // Pumpen mit Diodenlaser Der „Nur-Fest-
Bildnachweis siehe Seite 2
1971 // Schaltkreisanpassung Um 1971 begann Motorola aufgedampfte Schaltungen zu justieren, indem ein Laserstrahl Leiterbahnen wie der abträgt. Aus dieser Idee entstand eine der frü hesten industriellen Appli kationen, die sehr breite Anwendung fand.
1982 // Schweißen von Tailored Blanks Die „maßgeschneiderten Bleche” tragen erheblich zur Fertigung leich terer und sparsa merer Fahrzeuge bei. Heute sind weltweit mehr als 400 automatische Laser-Schweißge räte für Blanks im Einsatz, und diese Zahl steigt weiter an.
köperlaser“ gewinnt maßgeblich an Effizienz und Leistung und zieht in Schweiß-, Bohr-, Markier und zuneh mend auch Schneidapplikationen ein.
Die Medizintechnik ist ein schönes Beispiel dafür, wie der Laser eine Branche revolutioniert: Als die weltweite Nachfrage nach Stents rapide anstieg, wurde der Laser bei deren Herstellung erste Wahl.
Prof. Mario Bert olotti Der Physiker le it da s Dipa rtim en et to de En ergetica an der Un iv ersitä t Ro m un d verfas von ste ein Buch über di Geschichte des e La sers.
David Belforte Der Fach jour nali begleitet den La st seit Ja hrzehnte ser n intern ational mi sein er Fach zeit t schrift In du st ri Laser Solutions. al
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„Mit dem Labor zogen wir in die Waschküche“ Eugene Watson gründete das älteste Laserunternehmen, das noch am Markt ist. Erinnerungen an die Geburt einer Branche
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50 Jahre Laser Erinnerung an eine wilde Zeit: 1966 stellte Gene Watson mit dieser Anzeige Coherents ersten CO2 - Laser vor: „Der erste Laser, der wirklich etwas leisten kann“.
Wann hat der Strahl Sie getroffen ? Das fing schon an, bevor es das Akronym „Laser“ überhaupt gab. Ich wurde Anfang der 1950er-Jahre zum Koreakrieg eingezogen und als Radaroffizier eingesetzt. Zuvor hatte ich mich nie mit Technik beschäftigt. Aber hier packte es mich und ich habe mich regelrecht vernarrt in die Wissenschaft. Am meisten gefiel mir daran, dass eine wissenschaftliche Tatsache, wenn man sie erst einmal entdeckt hat, für immer wahr bleibt. Zudem zogen mich diese Menschen an — ihre Integrität, ihr Intellekt, ihr Wissensdurst. Als ich die Armee verließ, zog ich wieder in die Gegend um San Francisco und suchte bei einer Reihe von Unternehmen nach Arbeit, darunter auch Varian Associates. Die beschäftigten sich intensiv mit Mikrowellen, was zu meinem Hintergrund als Radartechniker passte. Also stellten sie mich ein. Dort hatte ich das Glück, eine lebenslange Freundschaft mit Earl Bell aufbauen zu können, einem weiteren Autodidakten. Er war Mitgründer von Spectra-Physics und Erfinder des Ionenlasers.
Wie begann Ihre tatsächliche Arbeit an der Lasertechnik ? Nach der Konferenz der Physics Society im Jahr 1958, bei der Charles Townes und Arthur Schawlow erklärten, dass und wie ein Laser möglich sei, geschah das Gleiche wie mit der Meile und den vier Minuten: Wir waren überzeugt, dass niemand eine Meile in vier Minuten laufen könne, bis es jemand schaffte. Danach konnte es plötzlich jeder. Niemand konnte einen Laser bauen, bis Ted Maiman es im Jahr 1960 vormachte. Wie viele andere zogen wir mit der Entwicklung unseres eigenen Rubinlasers nach. Den fand ich jedoch nicht besonders spannend, da ich keinen kommerziellen Nutzen sah. Mehr interessierte mich der Helium-Neon-Laser, der 1961 entwickelt wurde. Unmittelbar nach der Entwicklung bei Bell Labs bauten wir bei Varian einen Helium-Neon-Laser auf einem Schaltbrett nach.
Dann kamen die stürmischen ersten Jahre, richtig ? Das stimmt. Ich fing im Jahr 1962 bei Spectra-PhyWelchen Einfluss hatte diese Freundschaft auf Sie ? sics an und bereits zwei Jahre später war der UmEarl Bell hatte einen enormen Einfluss auf mich. satz von 134 000 US-Dollar auf 1,7 Millionen USEr blickte auf ein bemerkenswertes Leben zu- Dollar gestiegen. Dazu führte eine Reihe von Umrück — unter anderem hatte er im Zweiten Welt- ständen: der Kuriositätenmarkt, auf dem gutes krieg im Alleingang einen Geleitflugzeugträger Geld zu verdienen war, und Menschen, die begangerettet. Earl war ein sehr kreativer Kopf und nen, sich mit möglichen Anwendungen zu behatte für jedes Problem eine raffinierte Lösung schäftigen. Zu der Zeit konnte ich von allem, was parat. Wir starteten einige gemeinsame Projekte, neu war, gleich 100 Stück verkaufen. Viele Labore wie zum Beispiel eine Dampfeisenbahn in New auf der ganzen Welt konnten frei über ihre Mittel Mexico und die Gründung von Quanta-Ray, ei- verfügen, und wenn man ihnen etwas Neues vornes erfolgreichen Unternehmens, das später von führte, mussten sie es einfach kaufen. Allein schon, Spectra-Physics zurückgekauft wurde. um ihre Neugierde zu befriedigen. Die Frage war, 17
LASER /// „Ich verkaufte den ersten kommerziellen HeliumNeon-Laser mit Infrarotlicht (zu Beginn der 1960er-Jahre) an ein IBM-Labor in New York. Als der sichtbare, heutzutage vertraute, rote Helium-Neon-Laser auf den Markt kam und ich diesen magischen roten Punkt an der Wand tanzen sah – das beflügelte meine Fantasie, wie man diesen Laser nutzen könnte.“ LEBEN /// „Mein Einzug in die Armee lenkte mich in eine Richtung, die ich andernfalls wahrscheinlich nie eingeschla gen hätte. In der Armee begann ich, mich für den Maser (den Vorgänger des Lasers) von Charles Townes zu interessieren, da hier ein Ammoniakmolekül als Quelle für Mikrowellen strahlung verwendet wurde. Ich sah dies als direkte Anwen dung der Quantenelektronik für die praktische Radartechnik.“ Quanta-Ray, 1976 (von links): Gene Watson mit dem japanischen Generalvertreter seines neuen Unternehmens Quanta-Ray Toru Maruyama, seinem alten Freund und Mitgründer Earl Bell und dem Stanford-Wissenschaftler Richard L. Herbst. 1981 verkauften sie Quanta-Ray. Käufer war Spectra-Physics — eine frühere Gründung von Earl Bell und ehemaliger Arbeitgeber von Gene Watson. Der Markenname besteht dort noch.
fünfzehn Prozent sehen dabei zu, und achtzig wollte. Mitte der 1960er-Jahre stellte niemand so Prozent wissen nicht, dass sich etwas verändert, einen her. DuPont gab ihn bei Spectra-Physics oder wollen es nicht wissen.“ Und ich sagte: „Ich in Auftrag, aber das Management lehnte ab. So will zu den fünf Prozent gehören.“ Wenn man entstand Coherent. Frei nach meinem Motto: wirklich an etwas glaubt, dann sollte man entwe- „Wenn du wirklich daran glaubst, dann handle der danach handeln oder es vergessen. Ich habe danach.“ Der Beginn meines Lebens als bekenmich noch oft für das Handeln entschieden. nender Serienunternehmer.
Hatten Sie damals konkrete Anwendungen für den Laser im Kopf oder glaubten Sie einfach an die Technologie ? Beides. Der nächste wichtige Laser war der Ionen laser. Er erzeugte mehr Leistung als ein HeliumNeon-Laser, und das wurde verlangt. Außerdem Trotzdem verließen Sie Spectra-Physics ? war der Helium-Neon-Laser typischerweise rot, Ich kam zu folgender Überzeugung: Wenn ich während der Ionenlaser das gesamte Spektrum wirklich an die Dinge, die ich dort erforsch- abdeckte. Es war klar, dass der Markt — warum te, und an meine Empfehlungen glaubte, dann auch immer — nach verschiedenen Farben versollte ich auch danach handeln. Früh in meiner langen würde. Ich kam mit der DuPont CompaEntwicklung hatte jemand zu mir gesagt: „Fünf ny in Kontakt, die einen „weißen Ionenlaser“ für Prozent der Menschen sorgen für Veränderung, ein Projekt zur holografischen Datenspeicherung
„Ich glaube, ich bin der geborene Unternehmer. Bereits mit sechs Jahren lief ich mit einer kleinen Tasche herum und verkaufte Liberty-Magazine“ 18
Können Sie uns erklären, was Sie damit meinen ? Ich glaube, ich bin der geborene Unternehmer. Bereits mit vielleicht sechs Jahren lief ich durch die Gegend und verkaufte Liberty-Magazine. Wenn ich mich recht entsinne, kaufte ich sie für vier Cent und verkaufte sie für fünf: ein Penny Gewinn. Heute kann man so etwas nicht mehr machen. Mich begeistert, welche sozialen Vorteile eine Unternehmensgründung hat: Wir generieren damit Wohlstand. Damit meine ich die Möglichkeit, zu heiraten, Familien zu gründen, Häuser zu kaufen und den eigenen Lebensstandard zu verbessern. Ob Wohlstand auch das Leben der Menschen verbessert, kann ich natürlich nicht sagen, aber zumindest haben sie die Möglichkeit. Was hat Sie endgültig davon überzeugt, dass der Laser eine nützliche Technologie ist ? Ich habe mit Earl Bell oft Probleme und Anwendungsbereiche diskutiert. Zum Beispiel dachten wir daran, wie der Rubinlaser ein Loch in eine
Anne Brande, Ludwig Photography; Eugene Watson
ob ich auch 200 Stück verkaufen könnte. Mein Job war, die Menschen dazu anzuregen, über den Laser als ein Gerät zur Arbeitsersparnis nachzudenken. Ich schaltete eine Anzeige in der Zeitschrift Scientific America, deren wundervolle Leserschaft aus Laien mit wissenschaftlichem Interesse und Wissenschaftlern mit Interesse an allgemeinen wissenschaftlichen Kenntnissen bestand. Ich dachte mir, wenn wir die von den zahlreichen Möglichkeiten des Lasers überzeugen könnten, würde es sich herumsprechen. Ich glaube, wir haben damit einige zu neuem Denken angeregt.
LEISTUNG /// Watson war an der Neugründung von neun Hightech-Unternehmen beteiligt – drei davon sind an der Börse notiert. Doch für Watson „ist es die größte Befriedigung, dass es Menschen gibt, deren Leben besser geworden ist, weil wir eine Vision umgesetzt haben.“
50 Jahre Laser
Rasierklinge stanzte. Da kam uns die Idee, dass man den Laser zur Werkstoffbearbeitung verwenden könnte, wenn man nur genügend Durchschnittsleistung hätte. Die hatte der Rubinlaser nicht. Als der CO₂-Laser mit dieser Fähigkeit auftauchte, erkannten Earl und ich sofort dessen Bedeutung, und er sagte: „Gene, das ist der erste Laser, der echte Arbeit verrichten kann.“ Damit hatte er recht. Unseren ersten CO₂-Laser verkauften wir an ein Fertigungslabor von Boeing, die damit Titan-Schneiden und -Schweißen testeten. Der erste Laser ist noch heute ein Arbeitspferd.
Von wegen Ruhesitz: Von seiner Red Ladder Ranch in Wyoming aus unterstützt Gene Watson heute Technologie-Start-ups
Mit dieser Überzeugung gründeten Sie bei sich zu Hause Coherent ? Ja, wir wollten erst mal keine Räume mieten. Allerdings brauchten wir 220 Volt Stromspannung. Deshalb zogen wir mit dem Labor in die Waschküche. Dort nutzten wir den Stromanschluss des Wäschetrockners für unsere Experimente mit dem CO₂-Laser und den Wasseranschluss der Waschmaschine, um das Ding zu kühlen. Aber wir hatten nicht genügend freie Strecke für den Strahl, um zu sehen, ob wir eine kohärente Strahlung erhielten. Also leiteten wir den Strahl über ein paar Spiegel aus der Tür hinaus über die Straße auf das Garagentor meines Nachbarn, den ich nicht leiden konnte, weil er sich dauernd beschwerte. Wenig später erschien ein brauner Fleck auf seinem Garagentor und wir sagten: „Hey, wir haben einen Laser!“ Das Potenzial des Lasers schien schon damals grenzenlos zu sein. Welche Möglichkeiten, glaubten Sie, würde er bringen ? Ich war früh davon überzeugt, dass der Laser die Medizintechnik revolutionieren würde. Und ich glaubte an den Laser als ein wichtiges Werkzeug bei der optischen Spektroskopie. Was er heute tatsächlich ist. Aber am meisten bin ich von seiner Allgegenwärtigkeit begeistert. Heute findet man in praktisch jedem Haushalt irgendwo einen Laser. Ansprechpartner: Eugene Watson, Telefon +1 307 742 7162,
[email protected]
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50 Jahre Laser
Trumpf und der Laser Einem Feinmechaniker sind gekaufte Laser zu unpräzise und ein junger Unternehmenschef findet in den USA die Zukunft der Blechbearbeitung
1923
Christian Trumpf kauft mit zwei Partnern die mechanische Werk statt der Julius Geiger GmbH in Stuttgart.
1957
TRUMPF patentiert die Koordi natenführung von Blechen: Aus gangspunkt für die NC-Steuerung, mit der spä ter die Lasermaschinen arbeiten.
1985
TRUMPF baut eigene 1-kW-CO₂Laser. Haas Strahltechnik entwi ckelt und präsentiert das erste Laserlichtkabel für den industriellen Einsatz. Seine gelbe Farbe ist bis heute die Norm geblieben.
1986
Der Geschäftsbereich Haas Strahl technik wird als HAAS-LASER als eigene Firma ausgegründet.
1960
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1992 1999
1979
2009
Eine Fachzeitschrift nennt TRUMPF den „Nibbelkönig“ im wachsenden Markt der flexiblen Blechfertigung. In den USA wird das erste Laserlicht erzeugt. Die Firma Haas und das Frank furter Battelle-Institut untersu chen Anwendungen für den Laser bei der Her stellung von Uhrfedern.
Haas holt die Laserentwicklung ins eigene Haus. Das Unterneh men baut seinen ersten Festkörperlaser.
Von einer Informationsreise durch die USA bringt der dama lige Geschäftsführer von TRUMPF Berthold Leibinger einen 1-kW-CO₂-Laser mit.
TRUMPF stellt die erste kombi nierte Stanz-Lasermaschine vor. Als Strahlquellen dienen CO₂-Laser mit 500 und 700 Watt Leistung aus den USA.
TRUMPF präsentiert den gefalteten Hochleistungs-CO₂-Laser: den bis heute meistverkauften Multikilowatt-Laser.
Auf der Fachmesse LASER stellt HAAS-LASER die Studie für den ersten industrietauglichen Multikilowatt-Dau erstrich-Festkörperlaser vor. TRUMPF wird Gesellschafter bei HAAS-LASER.
Der Scheibenlaser vervielfacht das Leistungspotenzial dioden gepumpter Festkörperlaser: Auf der LASER stellt TRUMPF das erste Laborgerät vor.
TRUMPF zeigt den ersten hochbrillanten MultikilowattIndustrielaser mit Hochleistungslaserdioden als direkte Strahlquelle.
STATEMENT
„Wo nur das Neue gilt, wächst das Alte“
Prof. Ernst Peter Fischer lehrt Wissenschaftsgeschichte in Konstanz.
Der Durchbruch kam in dem Moment, in dem das neue Licht auf alte
Anne Wiegandt; Siedler Verlag
Technik traf. Mit gutem Grund, behauptet Buchautor Prof. Ernst Peter Fischer
„Der Schock des Alten“ — so lautet der Titel des Buches, in dem Natürlich gibt es ab und zu etwas Neues unter der Sonne. Leider geder britische Historiker David Edgerton darstellt, wie sich „Technologie hört unser Denken über das Neue nicht dazu. Es ist so alt, dass man und globale Geschichte seit 1900“ gemeinsam entwickelt haben. Edger- sich schämen sollte. Seit dem 19. Jahrhundert zirkuliert zum Beispiel tons eindringlicher Vorschlag besteht darin, nicht ständig auf die neuen unverändert die Ansicht, dass Erfinder ihrer Zeit voraus sind und ihre Techniken zu starren, die das 20. Jahrhundert hervorgebracht hat — also Entwicklungen zu schnell für die menschliche Gesellschaft stattfinden auf die Elektrizität, die Luftfahrt, die Kernkraft, den Transistor, den La- und sie überfordern. Möglicherweise hat es solche Ideen und Erfindunser, die Concorde, die Gentechnik und das Internet, um nur einige Bei- gen gegeben. Aber sie sind bald gescheitert. Wir wissen das nicht genau, spiele zu nennen. Der Historiker ist vielmehr der Ansicht, dass zur aktu- denn die Geschichte der Verlierer schreibt niemand. Leider schreibt ellen von Menschen genutzten Technologie sehr viel mehr gehört — das hierzulande auch kaum jemand die Geschichte der Sieger, also der DinWellblech, die Insektizide, der Kühlschrank, der Zement, die Rikschas, ge, die sich durchgesetzt haben und in stetem Gebrauch sind — Motodas Telefon, kleine Feuerwaffen und eine Menge anderer Dinge. Man ren, Laser, Transistoren, Airbags. Wir gieren nach dem Neuen und wolsollte eine Geschichte der Technik nicht dadurch erzählen, dass man len nicht wissen, woher das Alte kommt, selbst wenn es uns überrennt. anführt, was einzelne Menschen erfinden und erfunden haben. Vielleicht sollten wir uns besser mit ihm anfreunden. Wir brauchen es Man sollte vielmehr zeigen, was viele Menschen verbreitet benutzen die ganze Zeit. und durchgängig zum Gebrauch gewählt haben. Und wer das tut, der Übrigens — einer der größten Erfolge, die man unter der Überschrift erlebt den Schock durch das Alte. Ich empfehle den Lesern dieses Stand- „Technologie und globale Geschichte“ vermelden könnte, handelt von punktes, sich darauf einzustellen. Wo nur das Neue gilt, wächst das Alte, der Kombination Laser und Blech. Für den Außenstehenden klingt das wie es die Logik verlangt. Das Neue ist nämlich alt, wenn es da ist und zunächst so, als ob eine neue Technik an ein altes Material verschwendet man wieder etwas Neues verlangt. würde. Doch wer so denkt, übersieht die charakteristische Eigenschaft Das (auf Englisch verfasste) Buch beginnt mit einem Zitat von Ber- unserer vielfältig durch sogenannte Innovationen geprägten Geselltolt Brecht, der 1939 eine „Parade des alten Neuen“ beschrieben hat, die schaft: Wir wollen das Neue, aber wir leben von und mit dem Alten — wie folgt beginnt: „Ich stand auf dem Hügel, da sah etwa mit den Wellblechen, mit denen wir alles Mögliche konstruieren, ich das Alte herankommen, aber es kam nicht zuletzt Ganzmetallflugzeuge, und zwar schon seit bald 100 Jahren. als das Neue. Es kroch heran auf Vielleicht besteht der wichtige und wahrlich humane Fortschritt darin, neuen Krücken, die man nir- das Alte, das gut ist — Blech — , mit dem Neuen zu kombinieren, das gends je gesehen hatte, ebenfalls gut ist — dem Laser. Dann bekommen wir die bessere Welt, für und stank nach neu- deren Erreichen wir Wissenschaft und Technik zu Beginn der Neuzeit Ernst Peter Fischer en Dünsten der erfunden haben. Maschinenbauer zeigen an dem genannten Beispiel, Verwesung, die dass der Plan aufgeht. Laser — Eine deutsche Erfolgsgeschichte von Einstein bis heute man nirgends je gerochen Fragen an den Autor:
[email protected] Siedler Verlag, April 2010 ISBN 978-3-88680-946-2 hatte.“
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Report
Traum-Fabrik In Papenburg hat die Meyer Werft den Bau von Kreuzfahrtschiffen neu erfunden. Die größte Lasermaschine der Welt ist das jüngste Kind der Schiffbaurevolution
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Leiter der Vorfertigung und hat an den technischen Grundlagen für die spezielle Fertigungsstrategie der Werft mitgearbeitet. Anfang der 90er-Jahre suchte die mittelständische Werft an der Ems neue Wege, ihre Produktivität zu steigern: um schneller liefern zu können und um Docks und Ausrüstkai schneller für das nächste Schiff frei zu bekommen. Es entstand das oft „Lego-Schiff “ genannte Blockbauprinzip, das mittlerweile als Zukunft des Schiffbaus gehandelt wird: „Wir verkürzen die Durchlaufzeit, indem wir den Fertigungsprozess zerlegen und zeitlich verdichten“, erklärt Lembeck die Grundidee hinter dem spielerischen Namen. Das Schiff wird bei der Planung in Blöcke zerlegt und diese werden wiederum in Sektionen mit jeweils einer Decksebene aufgeteilt. „Damit bauen wir das Schiff nicht mehr im Dock. Wir bauen es dort nur noch aus vorgefertigten Klötzchen zusammen“, erklärt Lembeck. „Das heißt, dass wir unser durchaus individuelles und unhandliches Produkt in handhabbare, serientaugliche Komponenten zerlegen, die wir parallel herstellen können.“
Die Vorfertigung, Lembecks heutige Abteilung, spielt in
diesem Konzept eine tragende Rolle. Ganz egal, ob ein Block später zu Maschinenräumen, zu Passagierkabinen oder zum Theatersaal wird: Alle beginnen als lasergeschweißte und -ge schnittene Paneele. Das Tempo und die Genauigkeit, mit dem dies geschieht, beeinflusst die Produktivität der ganzen Werft. „Als wir die Fertigung planten, war uns klar, dass wir unsere Ziele sowohl beim Schneiden als auch beim Schweißen nur mit Laserverfahren und mit hochgradiger Automatisierung errei-
Hauptwerkzeug im Schiffbau ist der 1964 erfundene CO₂-Laser. Lange Zeit brachte nur er die nötige Leistung.
Meyer Werft
Ein Querträger und zwei Füße bilden das Portal. Gemeinsam wiegen sie 260 Tonnen. Drei Wagen fahren auf dem Querträger: der Laserwagen mit dem 12-Kilowatt-CO₂-Laser * von TRUMPF, der Optikwagen mit dem Hybridschweißkopf und der Sensorik sowie als dritter ein Greifroboter. Ihr Gewicht addiert sich auf elf Tonnen. Dennoch beschleunigen die Wagen blitzschnell auf die maximale Verfahrgeschwindig keit von sechzig Metern pro Minute. Vierunddreißig Meter überspannt der Querträger freitragend. Um ihn transportieren zu können, hat der hessische Spezialmaschinenbauer Held Systems den Träger aus drei Einzelstücken gefertigt. Dennoch biegen ihn Eigengewicht und Wagen um höchstens 0,15 Millimeter durch: Es ist die größte Maschine, die Held Systems bisher gebaut hat. „Die größte Lasermaschine der Welt”, sagt Projektleiter und Geschäftsführer Achim Zinke und spart sich bewusst das „wahrscheinlich“. Als die Werft im April 2008 den Auftrag für die Maschine schrieb, sollte die Arbeitsbreite zwanzig Meter betragen. Im Sommer wurden aus den zwanzig Metern dreißig, mit unverändertem Übergabetermin. Achim Zinke und seine Kollegen entwarfen eine komplett neue Konstruktion für das gewaltige Portal und Held Systems verlängerte die Montagehalle um zwölf Meter. Jetzt ist es Oktober 2009. Wie geplant arbeitet die Maschine bereits an ihrem Bestimmungsort. Hier, in der neuen Halle 10 der Meyer Werft, verliert sich der gelb-blaue Stahlriese fast in der Weite des Raums. Zinkes Projektpartner bei der Meyer Werft Hermann Lembeck sagt dazu nur: „Im Schiffbau ist eben alles eine Nummer größer.“ Lembeck ist
Kiellegung der AIDA b lu: Der allererste vormontierte Block schwebt ein.
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Keine größere in Sicht: die Laserschweißmaschine mit 30 Metern Arbeits breite von Held Systems.
chen würden“, erinnert sich Lembeck. „Zum einen standen wir großen Paneelen. Auf diesen werden die Positionen von Luvor der Aufgabe, vergleichsweise dicke Bleche verschiedener ken, Rohren und den sogenannten Steifen — in Abständen von Stärken zu verschweißen. Zum anderen haben wir sehr große etwa zwanzig bis dreißig Zentimetern parallel aufgeschweißte Blechflächen mit sehr vielen Schweißnähten. Unter den ther- Stahlprofile — markiert. Davon geleitet schneiden Laser die mischen Spannungen, die andere Schweißverfahren erzeugen, Durchbrüche in das Blech. An Schweißstellen wird außerdem würden unsere Paneele Wellen schlagen wie die Nordsee.“ der Rostschutz beseitigt. Es folgt der Steifenaufsetzer — auch Anfang der neunziger Jahre nahm die erste und seither oft in der ersten Linie schon eine Konstruktion von Held Systems, beschriebene Paneel-Linie die Arbeit auf: Sie verschweißt mit ausgestattet mit TRUMPF Lasern. In weiteren Schritten, die einem Laserhybridverfahren drei Meter breite und zehn Meter zunehmend Handarbeit erfordern, setzen gemischte Teams lange Blechplatinen auf Stoß zu zwanzig mal zwanzig Meter aus Stahlbauern, Schlossern und Elektrikern Wände ein, ziehen Kabel und montieren Rohrleitungen, bis am anderen Ende der Halle die so vorgefertigte Sektion Richtung Blockmontage abtransportiert wird. Das Konzept hat sich bewährt, die neue zweite Linie in Halle 10 wird identisch arbeiten. Mit dem Unterschied, dass die Paneele dreißig Meter breit sein werden. Ob ein zweihundert Meter langes Schiff zehn Teilungen hat oder nur sieben, ist eben ein gewaltiger Unterschied.
Achim Zinke, Projektleiter und Geschäftsführer Held Systems
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„Die automatisierte Laserfertigung zieht schon länger in den Schiffbau ein. Aber ich kenne niemand, der so weit wäre wie die Meyer Werft“
Mit den Vorteilen der Serienfertigung holte sich die Werft allerdings auch deren Herausforderungen ins Haus. Beispiel Steifenaufsetzer: Jedes Paneel, das ihn erreicht, hat bereits einen definierten Platz und eine definierte Aufgabe im künftigen Schiff. Es ist ein großes „Tailored Blank“ aus ganz bestimmten Stahlblechen, versehen mit einer Vielzahl von exakt positionierten Ausschnitten und Markierungen. In dem Moment, in dem es unter dem Portal eintrifft, hat in der Nachbarhalle bereits eine andere Maschine damit begonnen, aus ganz bestimmten Stahlprofilen in einer definierten Reihen-
stration TLC 209
Grafik Meyerwerft
Report
nd 2009 10 13
folge Steifen mit vorgegebenen Längen zu schneiden — passend zum Muster der Ausschnitte im Paneel. Eine Transportbrücke übergibt diese Profile Stück für Stück an die Greifer des Steifensetzers. Diese positionieren sie mit einer Genauigkeit von einem zehntel Millimeter. Danach erreicht das Paneel die nächste Station, wo es bereits erwartet wird. So fröhlich bunt und einfach der Arbeitstitel „Lego-Konzept“ klingt: Das Konzept lebt davon, dass jede Maschine und jeder Mensch die Werkstücke und die Informationen hat, die sie brauchen, um die Arbeit sofort und sauber zu erledigen.
Ingrid Fieback-Kremer; Illustration: Meyer Werft
„Für viele Branchen ist ein so eng getakteter Prozess natür-
lich nichts Neues“, gesteht Hermann Lembeck zu. „Der Schiffbau hat diese Prozesse aber lange nicht übernehmen können und wollen, weil die Dimensionen einfach andere sind.“ Es ist eben, wie Lembeck sagen würde, „alles eine Nummer größer“: Ein Paneel aus Halle 10 in Papenburg hat eine Fläche von 750 Quadratmetern. Auf einer solchen Fläche werden in Neubaugebieten deutscher Großstädte Doppelhäuser mit Garten gebaut. Und ein Block überragt manches Bürohaus. Solche Komponenten flüssig durch eine vergleichsweise kompakte Fertigung zu steuern — und zu bewegen — ist eine Leistung, deren Perfektionierung Jahre dauert. Die Meyer Werft hat sich so viel Erfahrung und entsprechende technische Lösungen erarbeitet, dass sie sich sogar von zwanzig auf dreißig Meter Arbeitsbreite steigern kann. Mit diesem Vorsprung erklärt Achim Zinke sich auch, warum die Werft so offen mit ihrem Fertigungssystem und der Rolle, die automatisierte Lasermaschinen darin spielen, umgeht: „Natürlich könnte eine andere Werft eine ähnliche Maschine bestellen. Und tatsächlich zieht
Das Blockbau-Prinzip Bei der Planung zerlegen die Ingenieure der Meyer Werft das Schiff in Blöcke und diese in Sektionen, die auf Paneelen aufbauen. Im Dock werden die vorgefertigten Blocks wie Bausteine zum Schiff „zusammengesetzt“.
not walter | aichwald
Hermann Lembeck, Leiter der Vorfertigung der Meyer Werft
die Laserfertigung schon länger in den Schiffbau ein. Aber ohne den entsprechenden Fertigungsfluss nutzt das Produktivitätspotenzial nichts, und ich kenne niemand, der da nur annähernd so weit wäre wie die Meyer Werft“, sagt er. Die größte Lasermaschine der Welt wird wohl vorerst ein Einzelkind bleiben. Ansprechpartner: Meyer Werft GmbH, Hermann Lembeck, Telefon +49 4961 81-5566,
[email protected], www.meyerwerft.de Held Systems Deutschland GmbH, Achim Zinke, Telefon +49 6104 6648-20
[email protected]
2. Bauabschnitt
2. Bauabschnitt
Stahlplatte mit Steifen
„Der Schiffbau hat die für viele Branchen alltäglichen, eng getakteten Prozesse lange nicht übernehmen können“
Paneel (Deck)
1. Bauabschnit t
1. Bauabschnitt
vorausgerüstete Sektion
Block aus Sektionen
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Apiwat Saeheng
Victor Chung, Geschäfts führer von JINPAO, stellt das neueste Mittel für Schweißarbeiten ohne Kopfschmerzen vor: einen Laserschweißroboter.
FÜHRENDE TECHNOLOGIE JINPAO wurde 1996 ge gründet und bezeichnet sich selbst als „digitale Blech fabrik“. Die Anlagen des thailändischen Unterneh mens befinden sich im In dustriegebiet Bangpoo, circa 20 Kilometer von Bangkoks Innenstadt entfernt, und um fassen sechs Fabriken: eine Blechfabrik, ein Prägewerk, eine Werkzeugfabrik, eine CNC-Bearbeitungsfabrik, eine Lackiererei und eine Schweißfabrik.
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Report
„Der richtige Mix entscheidet“ Victor Chung lenkt den thailändischen Blechfertiger JINPAO hin zu internationalen Standards für Qualität, Technologie und Flexibilität. Hier erklärt er, warum Inwieweit ist JINPAO von der derzeitigen weltweiten Krise betroffen ? Die Wirtschaftskrise ist ein schwerer Schlag für Unternehmen auf der ganzen Welt. Auch JINPAO hat Verluste hinnehmen müssen, aber nur in Märkten wie den USA und Europa. Japans Schwierigkeiten hätten einen wesentlich größeren Einfluss auf die Wirtschaft in Thailand haben können. Dank dem starken Yen ist dies aber nicht eingetreten. Der führte sogar zu verstärkten Exporten nach Japan. Zudem gibt es in den beiden größten Schwellenländern, Indien und China, weitere Chancen für uns. Dennoch zögern viele Unternehmen bei ihren Investitionen. Wie denken Sie darüber ? Meiner Meinung nach ist das der falsche Weg. Wir blicken immer nur nach vorn. Auch wenn es momentan schwierig ist, haben wir unsere Bemühungen verstärkt, die Krise nicht nur zu überstehen, sondern zu den Ersten zu zählen, die von einer Erholung profitieren. Als Teil dieser Strategie haben wir als Erste in der Region die Roboterzelle* TruLaser Robot 5020 von TRUMPF in unserer Schweißfabrik installiert. Diese Entscheidung ist eine Investition in unsere Zukunft. Und mit Zukunft meine ich die nächsten fünf Jahre und nicht nur die nächsten Monate. Wie wird diese Zukunft aussehen ? Wir werden uns auf Blechlösungen spezialisieren und einen One-Stop-Service für unsere Kunden anbieten. Unsere derzeitigen Auftraggeber sind hauptsächlich in vier Branchen tätig: Medizintechnik, Lebensmittelmaschinen, Telekommunikation, Verbrauchsgüter. Hinzu kommen weitere Branchen wie die Luftfahrt. In der Zusammenarbeit mit unseren Kunden haben wir über die vergangenen acht Jahre festgestellt, dass die Produktionsmengen abnehmen, während die Zahl der Variationen zunimmt. Unsere Kunden wollen immer öfter Produkte, die auf ihre jeweilige kundenbezogene Massenfertigung zu-
geschnitten sind. Anders als viele thailändische Sie, dass Sie genügend qualifizierte Mitarbeiter Unternehmen haben wir deshalb bereits vor ei- für die Maschinen haben ? niger Zeit unsere Produktionsstrategie auf einen Der Lernprozess begann an dem Tag, als die Mitbreiten Mix mit geringeren Stückzahlen umge- arbeiter von Krasstec Co., Ltd. — der exklusive stellt und liegen damit bei den derzeitigen Ver- TRUMPF Vertreter in Thailand — ihren Fuß in änderungen der Marktanforderungen gut im die JINPAO-Fabrik setzten. Krasstec hat eine Feld. Mit diesem modernen Ansatz können wir zentrale Rolle gespielt und war ein guter Coach, besser auf Veränderungen reagieren. Auch aus um die Lernkurve abzuflachen und uns an diese diesem Grund sind wir nur begrenzt von der High-End-Technologie heranzuführen. Mit unseKrise betroffen. Hersteller mit großen Stückzah- ren gut ausgebildeten Mitarbeitern und den neulen und kleinem Produktmix gewinnen ihre en Maschinen können wir europäische Standards Aufträge vorrangig über die Kosten und die in unseren Fabriken vollständig umsetzen. Das Qualität ihrer Produkte. Bei der Fertigung klei- macht JINPAO heute zu einer Referenz für die ner Stückzahlen mit breitem Produktmix geht Blechbearbeitung auf dem thailändischen Markt. es in erster Linie darum, wie schnell der Kunde das erhält, was er braucht. Qualität und Kosten Auf welche Weise profitiert JINPAO durch den sind auch in unserem Segment von Bedeutung, verstärkten Einsatz der Laserschweißtechnik ? aber unsere Kunden sind bereit, etwas mehr da- Wir setzen darauf, die Konstruktion von Bauteifür zu zahlen, um genau das zu bekommen, was len durch die YAG-Laserschweißtechnologie zu sie wünschen. optimieren. Das wird uns nicht nur in Thailand, sondern auch gegenüber dem weltweiten WettIn Thailand ist die manuelle Produktion bewerb in eine sehr gute Position bringen. Dienoch immer weit verbreitet. Warum steigen se Technologie bietet den Konstrukteuren mehr Sie auf High-End-Technologie um ? Flexibilität bei der Art der Verbindungen, den Wir streben kontinuierlich eine High-End-Aus- Werkstoffen und den Beschichtungen für ihre rüstung an, um die Probleme zu lösen, die uns Produkte. Mit dem Laserschweißen werden unKopfschmerzen bereiten. Das Schweißen von möglich scheinende Schweißvorgänge plötzlich Aluminium zum Beispiel. Es ist sehr schwierig, möglich. Zuverlässigkeit, minimale WarmverMaterialien mit hohem Schmelzpunkt per Hand formung, hohe Verarbeitungsgeschwindigkeizu schweißen. Daher hatten wir Probleme, unse- ten, ein kontaktloser Prozess und die Flexibilität re Liefertermine einzuhalten. Es war zudem der CNC-Programmierung sind nur einige der schwer, stabile Qualität beim Aluminiumschwei- Vorteile dieses Verfahrens. Zahlreiche Konstrukßen an empfindlichen Produkten zu erreichen, tionen sind bereits für den Übergang zum Laserbis wir uns entschieden, unsere Anlagen mit der schweißen vorgesehen, um die Beschränkungen YAG-Laserschweißtechnologie auszurüsten. Ein der herkömmlichen Schweißtechnik zu umgeweiterer Aspekt, der uns zu High-End-Maschi- hen. Damit können wir neue Kunden in vernen führt, ist das Thema Arbeitskräfte. In Län- schiedenen neuen Branchen anziehen und bedern wie Thailand mit schnell wachsender Wirt- stehenden Kunden Produkte mit höherer Wertschaft wird alles teurer, und das verlangt nach schöpfung anbieten. neuen strategischen Entscheidungen. Kontakt: JINPAO, Victor Chung, Telefon + 66 2709 3367,
High-End-Ausrüstung erfordert gut ausgebildete Fachkräfte. Wie gewährleisten
[email protected], www.jinpao.co.th
1994 wurden die ersten Festkörperlaser mit robotergeführter Bearbeitungsoptik im Karosserierohbau in der Serie eingesetzt.
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G r ee n w o o d
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Ein zentraler Server und ein Kalibrier prozess sorgen weltweit jederzeit für identische Markier ergebnisse.
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Schönschrift weltweit Drei Markierlaser an drei Enden der Welt sollen mit gleichen Parametern ununterscheidbar gute Markierungen schreiben. Über einen einfachen Wunsch und die Herausforderung, ihn zu erfüllen
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schiedlichen Laser mit ihren Bedienern würden immer mehr oder minder abweichende Ergebnisse erzeugen. „Man kann sich jetzt fragen, warum uns das überhaupt wichtig ist“, sagt Hailer dazu. „Solange die Markierung lesbar ist, erfüllt sie ja ihren Zweck.“ Doch in den im Ausland hergestellten Anlagen werden auch Komponenten aus Nesselwang verbaut. „Da fallen unterschiedliche Beschriftungen schnell auf und erwecken leicht den Eindruck, hier würden Teile mit unterschiedlicher Qualität verwendet“, erläutert Hailer.
Die Lösung sahen Willi Hailer und seine Kollegen in einer zentra-
len Lasersteuerung, die alle Layouts zusammen mit Steuerungsinformationen wie Leistung, Pulsfrequenz und Spurweite für die Beschriftungslaser kennt. Das sollte sicherstellen, dass jeder aktuelle und künftige Laser überall auf der Welt die Schrift an exakt derselben Stelle mit exakt demselben Schriftbild markiert. Doch der Plan kollidierte mit der sogenannten „Fertigungsstreuung“ von Laserquellen: Die Leistung eines Strahls wird über die elektrische Leistung gesteuert, die in die Strahlquelle eingespeist wird. Jedoch nimmt die Intensität des Laserlichts nicht exakt in dem Maß ab, in dem Bediener oder Steuerungssoftware die elektrische Energie
Die ersten Markierversuche gab es 1965. Da bewegte die Maschine noch das Werkstück, nicht den Strahl.
KD Busch
Willi Hailer greift in eine Kiste und breitet diverse Kunststoffdeckel und blanke Metallgehäuse auf dem Tisch aus. Alle Teile tragen in feiner schwarzer Schrift Seriennummern, Barcodes oder Bedienhinweise. Bei einigen allerdings sind die winzigen Buchstaben hellgrau oder aber so fett, dass auch die Zwischenräume schwarz sind. „Solche Teile dürfen das Haus nicht verlassen“, sagt Hailer, der bei der Endress+Hauser Wetzer GmbH für die Laserbeschriftung* verantwortlich ist. Teile mit unzureichender Beschriftung sind allerdings selten. Das Unternehmen mit Sitz in Nesselwang hat Vorkehrungen getroffen, um mit immer gleichbleibend präziser Beschriftung die innere Qualität seiner Produkte auch äußerlich zu unterstreichen. Damit stand das Unternehmen allerdings 2005 vor einer echten Herausforderung, deren Lösung Willi Hailer fast drei Jahre beschäftigte. Die Nachfrage aus Amerika und Asien — allen voran China — stieg beständig, und bei Endress + Hauser gilt, dass eine Kundenbestellung innerhalb von 48 Stunden ausgeliefert wird. Daher beschloss die Geschäftsleitung, in Greenwood (USA) und Suzhou (China) neue Produktionsstätten zu errichten. Die Vorgabe dabei war, dass sich ihre Produkte von denen des Stammhauses in Qualität und Aussehen nicht unterscheiden. Letzteres allerdings erwies sich als nicht möglich: Die unter-
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herunterregeln. Bei halber elektrischer Leistung etwa liefert der Strahl nicht exakt die halbe Laserleistung: Der tatsächliche Wert liegt geringfügig über oder unter 50 Prozent. Damit erzeugt der gleiche Parametersatz auf unterschiedlichen Maschinen leicht abweichende Schriftbilder. Das Phänomen ist bekannt und die Laserhersteller halten diese Streuung in — je nach Hersteller unterschiedlich — engen Bandbreiten. Hinzu kommt, dass Endress+Hauser mit verschiedenen Verfahren sowohl Kunststoff als auch Metall markiert. Das alles ist kein Problem, solange es um individuell arbeitende, von erfahrenen Mitarbeitern bediente Stationen geht. Doch Hailer wollte mehrere Laser mit abweichenden Leistungskurven über fixe Parametersätze steuern. Und er wollte den Verbund jederzeit erweitern oder Laser einfach ersetzen können.
Willi Hailer, zuständig für Lasermarkieren bei Endress + Hauser Wetzer
„Unterschiedliche Markierungen werden leicht als Hinweis auf Qualitätsunterschiede missverstanden“
Musterteilen. Das Ergebnis ergänzt als eine Art „Merktabelle“ die Korrektursoftware und beschreibt das Verhalten der Pumpdioden sowie der eingesetzten Werkstoffe. Dieser Schritt dauert nur wenige Stunden. Danach kehrt der neue Markierlaser nie wieder ins Allgäu zurück: Er lässt sich künftig online über eine Entfernung von Tausenden von Kilometern Mit diesen Anforderungen ging Hailer auf die Suche nach Lasern, hinweg neu justieren. Diese Online-Justierung ist dann auch der dritte die bei jeder gewünschten Lichtintensität und für jedes beliebige Material Teil der Lösung. Die Lichtausbeute der Pumpdioden sinkt im niedrigen genau das erwünschte Ergebnis liefern. Er fand keine. Dafür fand er mit Leistungsbereich mit der Zeit geringfügig, sodass der Laser etwa viertelTRUMPF einen Partner, dessen Markierlaser eine sehr geringe Streuung jährlich nachjustiert wird. Dafür gibt es nun bei Endress+Hauser eine Stanhaben und der die Herausforderung annahm, eine Lösung für den Rest darddiagnosesoftware sowie standardisierte Testmuster. „Das funktioniert des Weges zu finden: „Es wurde klar, dass wir einen Kalibrierungsprozess so gut, dass wir aktuell an einem einfachen Werkzeug zur automatischen brauchten“, erinnert sich Willi Hailer. „Aber er sollte offen für neue Stati- Kalibrierung arbeiten“, berichtet Hailer. onen bleiben und über zwei Ozeane hinweg funktionieren.“ Die Resultate überzeugen. Ob ein Laser in Nesselwang, Suzhou oder in Der eine Teil der Lösung waren zwei technische Anpassungen. Zum Greenwood in Sekundenschnelle übers Bauteil blitzt — die Ergebnisse seeinen steckt in der Software jedes Markierlasers für Endress+Hauser eine hen völlig identisch aus. „TRUMPF hat uns bestätigt, dass wir im Moment „Autokorrekturfunktion“. Sie sorgt dafür, dass die gewählte elektrische Leis- wohl die Einzigen sind, die sich die Mühe mit der Laserkalibrierung matung tatsächlich die theoretisch erwartete Lichtintensität erzeugt. Zum an- chen“, sagt Hailer. „Eigentlich erstaunlich“, meint er dann. „Die Alternative deren ist bei diesen Markierstationen der Fokuspunkt verstellbar — was ist ja, dass jedes Werk Spezialisten beschäftigt, die die Leistung der Laser sonst unüblich ist. Der Strahl lässt sich gezielt defokussieren und der tat- von Hand anpassen. Unter dem Strich ist das ungenauer und teurer.“ sächliche Energieeintrag damit über einen zweiten Parameter feinsteuern. Der zweite Teil der Lösung enthält einen Kompromiss. Tatsächlich macht Ansprechpartner: Endress+Hauser Wetzer GmbH, Willi Hailer, jeder neue Markierlaser für Endress + Hauser zuerst Station in Nesselwang. Telefon +49 8361 308-519,
[email protected], www.wetzer.endress.com Dort erhält er seine „Urkalibrierung“ mit einem Referenzlaser sowie mit
Qualitätscheck mit Lasersiegel Seine Beschriftungslaser nutzt Endress+Hauser Wetzer seit einiger Zeit auch in der Qualitäts kontrolle. Nach der automatischen Prüfung fahren die Teile direkt in den Laser. Gut-Teile werden sofort beschriftet, defekte Teile über springt der Laser: Die fehlende Beschriftung kennzeichnet sie.
Die Endress+Hauser Wetzer GmbH+Co. KG fertigt mit weltweit 460 Mitarbeitern Tempe ratur-Messinstrumente und Automatisierungs lösungen für die Industrie. Produziert wird in Nesselwang, Pessano (Italien), Suzhou (China) und Greenwood (USA). Konzernmutter ist Endress+Hauser in Reinach (Schweiz).
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MARKTANSICHTEN
Keine Grenzen, nur Horizonte Fünfzig Jahre Laser genügten, um die Welt zu verändern. Und es war erst der Anfang
Auch Marktanalysten können nicht alles
vorhersagen. Wir stellen uns zwar auch spannende Anwendungen vor, aber der Weg dorthin sollte klar erkennbar und nicht nur Träumerei sein. Ich bin Marktanalyst und kein Cheerleader. Eine spannende und extrem anspruchsvolle Vision ist die laserbasierte Kernfusion. Viele Menschen sehen das mit Skepsis, aber für mich ist das keine Science-Fiction, denn der Weg dorthin zeigt sich. Es wäre großartig, wenn wir dieses Ziel in 20 bis 30 Jahren erreichen könnten. Und genau darum geht es Mourou. Er ist der Leiter des europäischen Projekts Extreme Light Infrastructure (ELI), das am größten Laser mit ultrahoher Pulsspitzenleistung der Welt arbeitet — mit einer Milliarde Gigawatt. Ein möglicher Anwendungsbereich ist die Unterstützung von Teilchenbeschleunigern, mit denen Grundlagenphysik betrieben wird. Eine weitere aufregende Entwicklung ist der energiereichste Laser der Welt im Lawrence Livermore National Laboratory. Er bedeckt drei Fußballfelder und soll die Kernfusion ermöglichen helfen. An diese Projekte wird man sich auch noch in 50 Jahren erinnern. Revolutionäre technologische Entwicklungen sind aktuell nicht zu sehen, sondern eine stetige Evolution. Reichlich Raum zur Weiterentwicklung bieten beispielsweise Diodenlaser *. Besonders bei Hochleistungsdioden könnten uns unglaubliche Erfolge bevorstehen. Auch Faser- und ultraschnelle Laser, die mit neuen Wellenlängen wie grünem oder ultraviolettem Licht arbeiten, entwickeln sich rasant. Diese Technologien mussten erst reifen. Die Heraus30
forderungen sind bekannt, aber es braucht auch weiterhin Zeit, um zum Ziel zu gelangen. Auf der Anwendungsseite stehen uns sicher Überraschungen bevor, doch auch hier werden Veränderungen eher evolutionärer Natur sein. Lehnt man sich zurück und blickt 50 Jahre in die Zukunft, lautet die wichtigste Frage: Was werden die größten technologischen Herausforderungen sein? Eine davon ist die Medizin: Hier haben wir bisher nur an der Oberfläche gekratzt. Der Laser wird großen Einfluss darauf nehmen, wie wir neue und billigere Medikamente entwickeln und wie wir Krankheiten diagnostizieren und behandeln. Nicht, dass die Photonik die heutige Medizin grundlegend verändern wird, aber sie wird enorme Durchbrüche ermöglichen. Ein weiteres Gebiet ist die Sicherheit: etwa Systeme, die Eindringlinge erkennen und Computer sicherer machen. Die Welt in 50 Jahren wird eine völlig andere sein, in der Sicherheit eine deutlich größere Rolle in unserem Leben spielt.
Tom Hausken gehört zum Stab von Strategies Unlimited (PennWell Corporation). Er ist außerdem Direktor des Institute for Components Practice der Montana State University sowie Ph. D. der University of California.
Das nächste große Thema sind Res-
sourcen: Energie, Wasser, saubere Luft, Rohstoffe. Laser können bei der Umweltbeobachtung, der Herstellung von Solar- und Brennstoffzellen und Herausforderungen wie der Kernfusion helfen. Und schließlich: kundenspezifische Massenfertigung. Das ist kein Paradox: Laser können gleichzeitig in Massen und nach Maß produzieren. Die wenigen Global Player, die heute vorangehen, werden auch in Zukunft die Hauptakteure sein: Deutschland und Nordamerika. China ist zwar auf dem Vormarsch, wird jedoch den Markt für Hochleistungslaser nicht erobern. E-Mail an den Autor:
Don Roper
Kürzlich hörte ich etwas sehr Kluges auf einer Konferenz in Stanford: Der französische Laserpionier Gérard Mourou erklärte, die Lasertechnologie kenne keine Grenzen, sondern nur Horizonte. Ich finde, das trifft es sehr gut. In dieser Sparte werden heute rund sieben Milliarden Dollar umgesetzt und sie expandiert noch immer — zwar nicht mehr so schnell wie früher, aber es gibt noch immer aufregende Möglichkeiten.
[email protected]
Diskutiert wurden Halbleiterlaser ab 1955. Der erste hochbrillante Multikilowatt-Diodenlaser kam
2009.
Wo steckt der Laser ? Vielleicht in Nachbars Lichterkette: Von wegen weihnachtliche Stromverschwendung — Solarzellen laden mittlerweile auch Akkus, die zum Beispiel LED-Lichterketten als saubere Energiequelle dienen. Die Zellen werden effizienter und vor allem preisgünstiger und erschließen sich so immer neue Einsatzmöglichkeiten. Schon heute sparen lasergeritzte Gräben im Silizium ebenso Fläche wie von gepulsten Infrarotlasern blitzschnell gebohrte, winzige leitende Löcher im Siliziumsubstrat. Das Ergebnis: ein höherer Wirkungsgrad der Zelle und größere Produktionsraten bei geringeren Material- und Herstellungskosten. So geht Ingenieuren alle Jahre wieder das eine oder andere Licht auf, um Solarstrom für alltägliche Einsätze attraktiver zu machen.
Gernot Walter
Zum Beispiel als Quelle weihnachtlicher Stimmung in schneebedeckten Gärten.
Gernot Walter
1 Gillette
war die Einheit, über die Ingenieure und Forscher in den Anfängen die Energie ihrer Laser verglichen: Sie feuerten einen Puls auf einen Zehnerpack ab und zählten die durchbohrten Klingen.
L a s e r C o m m u n i t y i s t d a s A n w e n d e r m a g a z i n v o n TRUM P F. J e t z t a b o n n i e r e n : w w w. t r u m pf. c o m / l a s e r-c o m m u n i t y
