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Femtosekundenlaser
Kürzlich kam die ultrakurze Femtosekunden-Lasertechnologie auf den Markt. Die kleinere Strahlgröße des Femtosekundenlasers ermöglicht die Ausarbeitung sehr feiner Details und erzeugt Impulse, die keine thermischen Spuren auf dem Werkstück hinterlassen.
Eine Femtosekunde ist ein Billiardstel oder ein Millionstel einer Milliardstel Sekunde. Einfach gesagt ist das Verhältnis einer Femtosekunde zu einer Sekunde wie eine Sekunde zu etwa 31,7 Millionen Jahren. Dies ist die Zeit, die ein Lichtstrahl benötigt, um eine Entfernung von ungefähr 0,3 µm zurückzulegen.
Femtosekundenlaser sind Laser mit der kürzesten Impulsdauer auf dem industriellen Markt. Typischerweise besitzen industrielle Femtosekundenlaser eine Impulsdauer von 300-400 Femtosekunden oder 300-400 x 10-15 s. Würde man versuchen, einen Laser herzustellen, der derart kurze Lichtpakete mit ausreichender Impulsenergie zum Verarbeiten von Materialien liefert, wäre seine Spitzenleistung so hoch, dass sie das Verstärkungsmedium beschädigen würde. Um dies zu vermeiden, wird der Impuls üblicherweise mit einem gestreckten Impuls verstärkt und dann später komprimiert. Eine „Chirped Pulse Amplification“ (CPA), d. h. eine Verstärkung des gechirpten Pulses, dehnt den Impuls um einige Größenordnungen. Dies reduziert die Spitzenleistung und ermöglicht eine Verstärkung, die unterhalb der Zerstörschwelle des Mediums auftritt. Nach der Verstärkung wird der Impuls dann auf seine ursprüngliche Impulsdauer und Strahlqualität komprimiert. Bei einigen Lasern ist die anfängliche Anforderung, den Impuls zu dehnen, möglicherweise nicht erforderlich. Der Femtosekundenlaser kann auch in verschiedenen Wellenlängen von IR, Grün und UV (obwohl UV nicht bei jedem Laser verfügbar ist) mithilfe einer Frequenzkonversion durch eine nichtlineare Optik bereitgestellt werden.
Der Laser besitzt eine sehr kurze Impulsdauer, wodurch er nahezu alle Arten von Materialien bearbeiten kann, von Glas bis zu gehärtetem Stahl und Kunststoffen. Da die Impulsdauer des Lasers kürzer als die Leitungszeit des Materials ist, entsteht bei der Verarbeitung keine Wärmesignatur. Der Materialabtrag erfolgt von fest zu dampfförmig, was oft als „kalte Ablation“ bezeichnet wird, und führt zu einer Bearbeitung höchster Qualität mit einzigartigen Bearbeitungsmöglichkeiten.
Diese scheibenbasierten Femtosekundenlaser bieten Impulse von weniger als 400 fs sowie beste Strahlqualität und Spitzenleistung. Das Ergebnis ist ein äußerst hochwertiger Kaltabtragungsschneidprozess anstelle eines Schmelzejektionsprozesses.
Der fertige Schnitt erfordert daher nur minimale Nachbearbeitung. Bisher galten Femtosekundenlaser für kommerziell nutzbare Laserschneidverfahren als zu langsam. Neueste Studien haben jedoch die Schneidezeit pro Werkstück und Nachbearbeitungsschritte untersucht und gezeigt, dass der Investitionsertrag für eine Scheiben-Femtosekundenlaseranlage in nur zwölf Monaten erreicht werden kann, insbesondere bei besonders wertvollen Bauteilen.