Ultrakurzpuls-Laser in industriellen Anwendungen

Eine der häufigsten Anwendungen von UKP-Lasern ist die Material- und Mikrobearbeitung. Dank ihrer Fähigkeit, präzise und kontrolliert Energie an ein Werkstück abzugeben, eignen sie sich ideal zum Schneiden extrem feiner Bohrungen bis in den Mikrometerbereich. Auch beim Gravieren und zur Oberflächenstrukturierung einer breiten Palette von Materialien, darunter Metalle, Keramik, Verbundwerkstoffe und sogar empfindlicher Materialien wie Glas und Polymere können UKP-Laser einzigartige Leistungen erzielen.

Die Strukturierung von Oberflächen im Mikro- und Nanobereich, garantiert eine höhere Funktionalität und bessere Oberflächeneigenschaften. Damit lassen sich Mikrotexturen, Nanostrukturen auf Oberflächen erzeugen, die neue Vorteile wie Hydrophobie, geringere Reibung oder verbessertes Lichtmanagement in optischen Geräten bieten.

UKP-Laser sind zu einem wertvollen Werkzeug bei der Herstellung und Modifizierung von medizinischen Hilfsmitteln, z. B. Stents geworden, die für die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen von entscheidender Bedeutung sind. Sie ermöglichen komplizierte Designs mit hochwertigen Schnitten, ultrafeinen Merkmalen und komplexen Geometrien, die eine optimale Biokompatibilität und verbesserte Medikamentenelution gewährleisten.

Auch bei Gewebeablationen und in der Chirurgie finden Femtosekundenlaser durch ihre präzise und minimalinvasive Verfahren Anwendung. Die sehr kurzen Pulse begrenzen die thermischen Auswirkungen, verringern Kollateralschäden am umliegenden Gewebe und fördern eine schnellere Heilung. In der Augenheilkunde beispielsweise können UKP-Laser eine präzise Hornhautabtragung für Sehkorrekturverfahren wie LASIK oder PRK (photorefraktive Keratektomie) sicherstellen.

Auch in der Krebsbehandlung haben sich UKP-Laser als vielversprechend erwiesen, insbesondere in der photodynamischen Therapie (PDT). Bei der PDT werden photosensibilisierende Wirkstoffe mit Laserlicht aktiviert, um Krebszellen selektiv zu zerstören. Die präzise Steuerung und die lokalen Zielfähigkeiten von UKP-Lasern erhöhen die Wirksamkeit der PDT und minimieren gleichzeitig die Schädigung des gesunden Gewebes.

UKP-Laser haben sich zu einem wichtigen Werkzeug bei der Herstellung von Displays, einschließlich LCD (Flüssigkristallanzeige), OLED (organische Leuchtdioden) und Mikro-LED-Panels, entwickelt. Die Laser bieten eine hohe Präzision und Geschwindigkeit und ermöglichen das Schneiden beliebiger Formen verschiedener Displaykomponenten mit einer Genauigkeit im Mikrometerbereich. Die kurzen Pulse minimieren thermische Effekte und verringern so das Risiko einer Beschädigung der empfindlichen Displaymaterialien. Bei der Herstellung von LCD-Bildschirmen beispielsweise werden UKP-Laser zum Schneiden der dünnen Glassubstrate verwendet, um komplizierte Muster für die Pixelbildung zu erzeugen. In der OLED- und Mikro-LED-Fertigung spielen die Laser eine entscheidende Rolle bei Vereinzelungs- und Dicing-Prozessen. Sie schneiden durch die empfindlichen organischen Schichten oder Halbleitermaterialien und ermöglichen so die Bildung einzelner Pixel oder Mikro-LED-Chips. Die hohe Präzision und der minimale Wärmeeintrag sorgen dafür, dass die umliegenden Pixel oder Chips kaum beschädigt werden, was zu qualitativ hochwertigen Displays mit verbesserter Effizienz und Langlebigkeit führt.

UKP-Laser werden auch in Laserabtragverfahren eingesetzt, um dünne Schichten, Beschichtungen oder Isolierschichten auf Halbleitersubstraten selektiv zu entfernen oder zu verändern. Die hohe Präzision und die vernachlässigbaren thermischen Effekte schaffen eine präzise Entfernung unerwünschter Materialien, ohne das darunter liegende Substrat anzugreifen. Als breites Anwendungsfeld ist hier z. B. die Photovoltaik sowohl in der kristallinen als auch in der Dünnschicht-Technologie zu nennen.

Weitere Möglichkeiten sind das präzise Trimmen von Komponenten und Strukturieren von Schaltkreisen, um damit die Herstellung und Modifizierung elektronischer Schaltungen zu erleichtern. Ebenso lassen sich leitende Materialien wie Dünnschichtwiderstände oder Leiterbahnen mit einer Präzision im Mikrometerbereich selektiv entfernen oder modifizieren. Auch die „Laseraktivierung“ von verschiedenen Materialien zur späteren Aufbringung von hochauflösenden Leiterbahnen auf Polymere, Glas, Keramik und anderen dielektrischen Materialien zählen zu den Anwendungen der fs-Laser im Elektronikbereich.

Durch den Einsatz von UKP-Lasern können Werkzeughersteller heutzutage neben Hartmetallen, Keramiken und Saphir auch verschiedenste im Labor hergestellte Diamanten bearbeiten. Kundenspezifische Spanbrecher, optimierte Nuten und maßgeschneiderte Schneidgeometrien verbessern die Spanabfuhr, reduzieren die Schnittkräfte und erhöhen die Werkzeugstandzeit. Die hohe Präzision des Lasers gewährleistet die Wiederholbarkeit und Konsistenz dieser Merkmale, was zu einer konstanten Werkzeugleistung führt.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich Femtosekundenlaser zu einer bahnbrechenden Technologie für die Industrie und Wissenschaft (auf diese wurde hier nicht näher eingegangen) entwickelt haben, die sich durch enorme Präzision, Geschwindigkeit und Vielseitigkeit auszeichnet. Ihr Einfluss erstreckt sich auf ein breites Spektrum von Anwendungen. Mit weiteren Fortschritten und Verfeinerungen haben Femtosekundenlaser das Potenzial, Branchen umzugestalten, Innovationen voranzutreiben und die Lebensqualität der Menschen zu verbessern.