Kunstlicht

Laser als Werkzeug

Licht in gebündelter Form ist aus unserem Alltag kaum mehr wegzudenken: beim Abspielen einer DVD, beim Scanner an der Supermarktkasse oder beim Surfen im Internet.

Von Lothar Nickels

Schöne Erfindung, aber wozu?

Überall ist der Laserstrahl im Einsatz. Mediziner arbeiten mit einem Laserskalpell. Auch in der Landvermessung hat er seinen festen Platz.

Kaum ein Großereignis kommt heute mehr ohne spektakuläre Lasershow aus. Und in der industriellen Produktion gibt es kein anderes Werkzeug, das so schnell und präzise schneidet oder schweißt wie das gerichtete Licht. Sogar Kunststoff und Metall lassen sich mit Laserstrahlen unzertrennlich verbinden.

Als es Theodore Maiman gelungen war, mit einem Rubinkristall und einer Blitzlichtlampe Licht punktgenau zu fokussieren, wurde seine Erfindung in der Wissenschaft anfangs belächelt. Welchen Nutzen sollte sie bringen, wo sinnvoll eingesetzt werden? Es hieß sogar, er habe die Lösung zu einem Problem geliefert, das überhaupt nicht existiere.

Das war im Jahr 1960. Eine technische Verwendung für den Laser gab es bis dahin nicht. Es dauerte, bis klar wurde, welche Möglichkeiten in dieser konzentrierten Form des Lichts liegen. Mittlerweile hat sich gezeigt, dass der Laser einer der bahnbrechendsten Einfälle des 20. Jahrhunderts ist.

In den 1980er-Jahren hielt der Laser Einzug in die Material bearbeitende Industrie und wurde dort zum unentbehrlichen Inventar. Ob Schiffsbau oder Autoindustrie samt Zuliefererbranche, die Vorteile liegen auf der Hand: Durch seine unangefochtene Geschwindigkeit und Genauigkeit konnte die Produktionsmenge enorm gesteigert werden.

Die hergestellten Teile weichen kaum mehr voneinander ab. Eine Nachbearbeitung ist so gut wie nicht nötig. So zum Beispiel die Schweißnähte eines Laserschweißgerätes: Sie sind dünner und gleichmäßiger als andere Schweißnähte und müssen kaum nachgeschliffen werden.

Außerdem ist das Schweißen nicht nur auf Metall beschränkt. Auch Edelmetalle oder Kunststoffe können verbunden werden.

Ein Laser, der Teile aus unterschiedlichen Materialien ausschneidet, ist nicht auf eine einzige Form festgelegt. Problemlos lässt sich jeder beliebige Umriss programmieren.

In einem weiteren Arbeitsschritt können die Stücke bei Bedarf beschriftet werden, indem zum Beispiel die Intensität des Lichtstrahls verändert wird. Dabei werden nur wenige Nanogramm an der Oberfläche des Werkstücks verdampft.

Innerhalb kürzester Zeit können auch hier kostengünstig große Stückzahlen hergestellt werden. Dasselbe Gerät ist also für verschiedene Anwendungen einsetzbar.

Laser als einzige Möglichkeit

Ein anderer großer Vorteil der Lasertechnik gegenüber herkömmlichem Werkzeug liegt in der nicht vorhandenen Abnutzung, denn Licht hat keinerlei Verschleißerscheinungen. Das hält die Wartungskosten solcher Anlagen vergleichsweise niedrig. Trotz hoher Anschaffungskosten kann sich das für einen Betrieb rechnen.

Es gibt auch Produkte, die ohne Lasertechnik überhaupt nicht herzustellen wären. Ein Beispiel dafür sind Airbags. Die Gasbehälter, die innerhalb weniger Millisekunden die Luftsäcke aufpumpen, sind durch eine Membran verschlossen. Im Ernstfall muss sie sich öffnen und im Normalbetrieb darf kein Gas entweichen.

Deshalb ist beim Anbringen der Membran nicht nur höchste Präzision gefragt. Würde beim Verschweißen dieser dünnen Abdeckung große Hitze entstehen, könnte vorzeitig der Zündsatz explodieren, der das komplette Sicherheitssystem erst bei einem Aufprall starten soll.

Nur ein Laserschweißgerät kann es leisten, so viel Energie auf einen Punkt zu konzentrieren und dabei das Material kaum zu erwärmen.

Egal wozu ein Laser in der Produktion eingesetzt wird: Es besteht immer eine Interaktion zwischen dem Lichtstrahl und dem zu bearbeitenden Werkstück. Einen Teil des Strahls nimmt es auf, einen anderen Teil wirft es zurück und ein weiterer Teil wiederum geht durch das Material hindurch.

Letzteres gilt nicht für Metalle. Ausschlaggebend ist allerdings die Menge der Strahlen, die aufgenommen wird.

Man spricht hier vom Absorptionsgrad. Das ist die Energiemenge, mit der das Material bearbeitet werden kann. Unter anderem ist sie abhängig vom Winkel, in dem der Laserstrahl auftrifft, seiner Wellenlänge, aber auch von der Oberfläche und Temperatur des Werkstücks.

Ob mit einem Laser gebohrt, geschnitten oder beschriftet werden soll – jedes Verfahren gibt vor, mit wie viel Energie der Lichtstrahl wie lange auf einen Punkt einwirken muss.