Innovatives optisches System zur on-line Adaption des Laserfokus. © Fraunhofer ILT, Aachen.

Innovatives optisches System zur on-line Adaption des Laserfokus

Pressemitteilung vom 25. Januar 2018

Optische Systeme für die photonische Produktion der Zukunft optimieren und neue Anwendungsfelder erschließen – dieses Ziel verfolgen Wissenschaftler des RWTH Aachen Lehrstuhls für Technologie Optischer Systeme TOS im Rahmen des Forschungscampus Digital Photonic Production DPP. Einen wichtigen Baustein für dieses Vorhaben legen die Wissenschaftler des RWTH TOS in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT nun in Form eines neuartigen optischen Aufbaus, der mithilfe konventioneller Komponenten die Anpassung des Laserfokus im laufenden Prozess ermöglicht.

Die Intensitätsverteilung des Laserfokus ist ein signifikanter Faktor in der Lasermaterialbearbeitung. Abhängig von der Verteilung kann beispielsweise zwischen gaußschen und homogenen Intensitätsverteilungen unterschieden werden. Während die Intensität bei der gaußschen Intensitätsverteilung vom Mittelpunkt des Strahls nach außen hin abnimmt, bleibt die Intensität bei einer homogenen Verteilung nahezu konstant. Häufig werden beide Strahlprofile während eines Prozesses benötigt. Um sie bereitstellen zu können, werden bisher zwei Strahlquellen mit unterschiedlicher Strahlqualität parallel eingesetzt; dabei erzeugt jede Strahlquelle jeweils eine Intensitätsverteilung. Dieser Lösungsansatz ist jedoch mit hohen Kosten und hohem Platzbedarf verbunden.

Auf Knopfdruck: Gauß-Strahl oder Top-hat-Fokus

Den Experten des RWTH TOS ist es nun gelungen, eine kosten- und platzsparende Alternative zu diesem Ansatz zu entwickeln. Das innovative System erlaubt den Wechsel zwischen zwei Intensitätsverteilungen während des laufenden Prozesses durch ein aktives Linsensystem. „Um das neue Optik-System für den breiten Markt zugänglich zu machen, war es uns besonders wichtig, kostengünstige optische Elemente zu verbauen. Genau darin lag jedoch auch eine große Herausforderung“, betont Dipl.-Ing. Georg König, Wissenschaftler des RWTH TOS.

Innovatives optisches System zur on-line Adaption des Laserfokus. © Fraunhofer ILT, Aachen.
Innovatives optisches System zur on-line Adaption des Laserfokus.
© Fraunhofer ILT, Aachen.

Diese Aufgabenstellung konnten die Wissenschaftler durch den Einsatz eines optischen Systems lösen, das aus konventionellen, sphärischen Linsen besteht. Das System beinhaltet neben einigen stationären Linsen, eine verfahrbare Linse, die in < 0,2 Sekunden bei laufendem Prozess den Wechsel zwischen zwei Intensitätsverteilungen ermöglicht. Je nach Ausführung kann zusätzlich zwischen einer rotationssymmetrischen, gaußschen Intensitätsverteilung und einer rotationssymmetrischen, homogenen oder linienförmigen, homogenen Intensitätsverteilung gewechselt werden. Der Arbeitsabstand wird dabei nicht verändert, sodass der Prozess nahtlos fortgeführt werden kann.

Variable Strahlformung für die Produktion von morgen

Die kompakte Bauweise dieses Optik-Systems ermöglicht eine vereinfachte Integration in den Strahlengang des Lasersystems. Außerdem bestehen die Linsen des neuartigen Optik-Aufbaus aus Quarzglas, sodass sie bei Laserleistungen von bis zu 2 kW eingesetzt werden können. Diese Entwicklung stellt somit ein hohes Optimierungspotenzial für ein breites Anwendungsfeld in der Lasermaterialbearbeitung dar.

 

Ansprechpartner

Dipl.-Ing. Georg König
Gruppe Optische Systeme
RWTH Aachen University Lehrstuhl für Technologie Optischer Systeme TOS
georg.koenig@tos.rwth-aachen.de

Forschungsgruppe DPP Direct

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