未来10年最值得投资的项目：激光加工领域的快速崛起

未来10年最值得投资的项目：激光加工领域的快速崛起：无论是焊接还是表面结构，激光在许多工业过程中都变得不可或缺。它在未来的应用中仍有很大的潜力。

激光能够可靠地切割和焊接汽车行业的车身面板和驱动部件。他们使用激光金属化修复航空航天工业中的涡轮叶片，并在粉末床中进行激光掺杂，为航空航天工业制造定制的轻质部件。板状脉冲激光器由于其冲孔、切割或设计能力，为减少电子行业的新设备做出了巨大贡献。底线：激光是一种多功能工具，已在许多行业证明了自己。

通过对光束进行建模和引导，可以将激光器精确地调整到特定的过程。根据要处理的材料选择波长。激光工具仍然提供了许多工业和科学目前正在开发的未开发机会。借助创新的激光束源，您可以创建新的或更好的生产工艺。相反，制造过程中未解决的问题需要新的激光束源或对现有系统进行修改。

在本文中，亚琛弗劳恩霍夫激光技术研究所 (ILT) 及其合作伙伴公司的专家展示了这种集成目前提供的功能。

超短、高功率脉冲激光器是亮星

超短脉冲激光器 (USP) 是一种特殊类型的激光器：它们的脉冲持续时间以皮秒或飞秒为单位。由于光的相互作用时间极短，材料中的热发展非常低。 “功率为 1 千瓦的飞秒激光器”，Fr​​aunhofer ILT 的激光器和激光光学负责人 Hans Dieter Hoffmann 解释道。

亚琛的研究人员目前正在与应用光学和精密工程研究所合作。弗劳恩霍夫在耶拿增加了 CAPS 弗劳恩霍夫卓越集群高级光子源系列中的皮秒或飞秒激光器的功率。他们希望实现3千瓦、5千瓦甚至10千瓦的平均激光功率，并开发出适合工业用途的设备。此外，CAPS 集群的研究人员已经建立了一个用户中心和一个实验室，来自工业界和学术界的感兴趣的用户可以在这里测试最新的激光器。高速激光可以钻出直径小于 0.5 微米的孔。例如，这在使用光度气溶胶治疗患者时很有用。

USP 激光器也是环保的 - 它们可以替代腐蚀性雕刻工艺。该部门的负责人 Konstantin Hefner 教授说：“对于我们在许多 ILT Fraunhofer 项目中实施的循环经济来说，这是一个很有前景的举措。Temicon 的产品开发经理 Mike Bulthers 解释说：”我们越来越多地寻找允许我们直接使用这些工具而无需中间光刻和电镀工艺的解决方案。

在 USP 技术领域，Fraunhofer ILT 等研究人员正在从微观转向宏观。如何将 USP 激光器产生的功能特性在微观层面扩展到各种具有大表面成分的材料，例如微孔朗姆酒气溶胶过滤器或食品技术中使用的微过滤器。

最终，USP 激光器可以达到非常高的强度，这是一个非常有趣的应用。 “USP 激光器甚至可以产生远远超过传统光源亮度的 X 射线，在空间和时间上以如此高的能量密度聚集光。这开辟了新的应用，”Second Future 说，而不是建造巨大的粒子加速器。 ，使用高强度激光，粒子的速度可以增加几厘米，几乎是光速。公里可以被认为是未来的办公设备，至少在某些工业应用中，弗劳恩霍夫 ILT 也可以从这些“二级来源”工作。

高性能电池和燃料电池激光技术 电池和燃料电池加工开发市场是激光发展潜力巨大的领域。 Who Systems Joachim Döhner 说：“电动汽车行业和市场非常活跃，公司需要能够对新材料和产品形式快速做出反应。电池座 焊接或连接电池。

Wie 和 Fraunhofer ILT 正在共同努力，使技术更接近。 “使用激光的公司面临的最大挑战是质量和可重复性，”Gillner 说。 “这里需要材料和工艺知识。”通过使用不同的波长或自适应波束形成，可以实现最佳质量和再现性。激光解决方案。限制生产速度的因素不是激光，而是机器。这就是弗劳恩霍夫 ILT 专家与寻求新工艺和安装计划的工业公司交换信息的原因。

不仅激光元件的生产很重要，燃料电池的生产也很重要，尤其是质子交换膜（PEM）元件。带宽目前是一个问题。使用已广泛用于固体条件的双极复合板，可以用激光轻松去除表面聚合物。然而，库克认为，燃料电池技术的广泛应用和随之而来的创新潜力还有很长的路要走。

未来的数字化制造：增材制造 虽然切割、组装和烧蚀是激光最知名的应用，但它们可以做得更多。例如，可以逐层增加零件的产量。这种数字化制造不仅对工具行业感兴趣，而且对石油和天然气行业、汽车行业和航空航天行业也很感兴趣。 Fraunhofer ILT 负责研究两种增材制造工艺：激光束焊接和激光粉末扩散。

除了激光束焊接外，激光粉末扩散 (LPBF) 工艺创造了 3D 打印中的最大波。 “提高生产力和工艺可靠性是当务之急：我们在这两个研究领域都处于领先地位，”Fraunhofer ILT 的知识经理 Jasmin Saeve 告诉 LPBF。

另一方面是将上游和下游工艺步骤集成在同一台机器中。所有这些举措都提出了如何以最直观和特定于应用程序的方式将这些生产系统集成到当前 IT 基础架构中的问题。

功能表面和智能组件

多向激光套管的另一个应用领域是表面的功能化。 “廉价但易碎的铸件可以得到加固和磨损保护，例如用激光在表面涂上 10-20 微米的薄层，”Fraunhofer ILT and Surfaces 的 Jochen Stollenwerk 解释道。经理。如果需要一层或多层防腐层来减少磨损，则表面处理是有意义的。球和滚子轴承上的耐磨层也可以通过溶胶-凝胶涂层实现，这些涂层通过激光处理简单地施加并转化为硬质陶瓷层。

科学家们面临着一个关于所谓“智能组件”的重要问题：激光如何将计量特性赋予表面层？一种可能的答案是由具有导电特性的激光烧结纳米粒子制成的导电印刷油墨。这个过程不仅可以创建一个功能层，还可以创建多个层来创建一个完整的传感器。目标很明确：传感器的生产必须与组件的生产完全自动化。例如，这允许永久更换安装应变片。