Die Laserproduzenten hoffen auf gute Zuwachsraten
Viele Betriebe haben die Vorzüge der Lasertechnik in der Materialbearbeitung noch nicht erkannt
hna. FRANKFURT, 10. Februar. Ein scharf gebündelter Lichtstrahl schneidet sich durch einen Querträger und formt in Sekundenschnelle ein Loch. Später wird hier eine Versorgungsleitung hindurchgelegt. Die Arbeit mit dem Laserstrahl ist Alltag im Automobil- und Maschinenbau, aber in anderen Branchen häufig noch immer nicht. Das ist bedauerlich, denn die Bearbeitung mit dem Laserstrahl wird ohne Zweifel eine der Schlüsseltechniken im 21. Jahrhundert sein, da sie viel zur Verbesserung der Produktivität und Wirtschaftlichkeit in der Fabrik beitragen kann.
Heute werden Lasersysteme für Materialbearbeitung vorwiegend in Unternehmen des Maschinenbaus und der Mikroelektronik eingesetzt. Der Weltmarkt für Lasersysteme zur Materialbearbeitung hatte im Jahr 2000 ein Volumen von etwa 4,1 Milliarden Euro und soll zum Ende des Jahrzehnts mehr als doppelt so groß sein.
Die deutschen Hersteller wollen sich aus diesem Markt ein großes Stück herausschneiden, und ihre Chancen stehen gut. Spezialisten wie Rofin-Sinar, Esab Cutting Systems oder Trumpf mit Haas-Laser gehören zu den Marktführern. Die deutsche Laserindustrie verknüpft traditionelles Know-how aus dem Maschinenbau und der Feinmechanik mit Erkenntnissen der Elektronik.
Fast die Hälfte des Marktvolumens nehmen Kohlendioxyd-Laser ein. Bei ihnen erzeugt ein Gasgemisch aus Helium, Stickstoff und Kohlendioxyd den Laserstrahl. Diese Laser erreichen heute im Dauerbetrieb die höchste Leistung. In der unteren Klasse bis rund 500 Watt werden sie vor allem für die Bearbeitung von Nichtmetallen eingesetzt. Laser im Bereich von 500 bis 5000 Watt schneiden in erster Linie Stahlbleche.
"Im Materialdickenbereich bis 20 Millimeter hat der Laser aufgrund der Flexibilität und der Einfachheit der Konturprogrammierung bei kleineren und mittleren Losgrößen in vielen Fällen konventionelle Verfahren wie Stanzen und Fräsen verdrängt", erläutert der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken. Bei Leistungen über 5000 Watt werden Kohlendioxyd-Laser vornehmlich zum Schweißen eingesetzt. Daneben gibt es Kristalle, die Laserstrahlen erzeugen können. Diese YAG-Laser (Yttrium-Aluminium-Granat) wurden bereits Anfang der siebziger Jahre in der Feinbearbeitung, zum Beispiel in der Uhrenindustrie, zum Punktschweißen und Bohren verwendet. Die verschiedenen Laserstrahlquellen haben alle ihre charakteristischen Vor- und Nachteile und werden entsprechend für Fertigungsaufgaben eingesetzt.
Deutsche Unternehmen bieten inzwischen Systeme mit allen gebräuchlichen Lasertypen an. So umfaßt das Produktprogramm der Trumpf-Gruppe, die sich als Weltmarktführer auf dem Gebiet der Lasertechnik für Materialbearbeitung sieht, Kohlendioxyd- und YAG-Laserstrahlquellen sowie zwei- und dreidimensionale Bearbeitungssysteme zum Schneiden, Schweißen und Markieren.
Die Anwendungsfelder für Lasertechnik sind inzwischen vielfältig. Von der Automobilindustrie über Hersteller von Haushaltsgeräten bis zu Schiffswerften reicht die Kundenpalette. Viele Anwender fordern schlüsselfertige Anlagen für spezifische Aufgaben. So stellt die Laserstrahltechnik zur Zeit das flexibelste Verfahren beim Verschweißen vorgefertigter Formplatinen zu kompletten Bodengruppen für Personenkraftwagen dar. Die Querversteifungen im Airbus A320 sind lasergeschweißt, ebenso Airbag-Sprengkapseln für Automobile. Der Kostenvorteil des Lasers wird aber auch in der Massenfertigung von einfachen Bauteilen wie Profilen und Rohrbögen genutzt.
Mit zunehmenden Anforderungen stieg der Leistungsbereich der Lasertechnik. Die Lambda Physik AG in Göttingen beispielsweise hat sich auf Mikroanwendungen spezialisiert und bietet den nach ihren Angaben leistungsstärksten Excimer-Industrielaser der Welt an. Bei ihm besteht das laseraktive Medium aus Edelgas-Halogeniden. Da die Wellenlänge die Größe des Fokuspunktes bestimmt, eignen sich Excimer-Laser mit ihrer sehr kleinen Wellenlänge im Ultraviolett-Bereich besonders für die Herstellung von Mikrostrukturen.
Solche Laser eignen sich beispielsweise dazu, die Düsen für Tintenstrahldrucker zu bohren und sind für die Fertigung von Mikrochips inzwischen unentbehrlich. Früher überwiegend in der Forschung benutzt, werden sie heute industriell eingesetzt und erreichen bereits einen Weltmarktumsatz von 400 Millionen Euro.
Noch bescheiden ist dagegen der Marktanteil von Hochleistungsdioden- oder Halbleiterlasern, die erst seit einiger Zeit auf dem Markt sind, mit einem Umsatz von etwa 15 Millionen Euro. Aber bereits ein halbes Dutzend deutscher Hersteller bietet diese Technik an. Sie werden vor allem in der Kunststoffverarbeitung und Elektronikindustrie angewendet. Wesentlicher Vorteil der Diodenlaser sind ihr hoher Wirkungsgrad, niedrige Betriebskosten und geringe Größe.
Hochleistungsdiodenlaser bestehen aus einem kompakten Laserkopf, einem Luftkühler und Stromversorgung mit Steckdosenanschluß. Bei ihnen werden, im Gegensatz zum Kohlendioxyd- und YAG-Laser, viele einzelne Strahlen zu einem Strahl gebündelt. Sie werden heute häufig als "Pumpquelle" für optisch angeregte Festkörperlaser eingesetzt, um deren Wirkungsgrad zu erhöhen. "Aufgrund dieser Stärken werden diodengepumpte Festkörperlaser weiter Marktanteile hinzugewinnen", sagt Josef Auer von der Deutschen Bank Research voraus. Langfristig dürften sie die lampengepumpten Festkörperlaser in den Hintergrund drängen.
Trotz günstiger Entwicklung vielfältiger Absatzmärkte ist die Laserindustrie nicht völlig unabhängig von der Gesamtkonjunktur. Der schwäbische Unternehmer aus der Laserbranche, Berthold Leibinger, bremst die Begeisterung mancher Fachleute mit dem Hinweis auf die Konjunkturabhängigkeit für Lasermaschinen in der Blechbearbeitung. Insgesamt allerdings sieht Leibinger gute Zeiten auf seine Branche zukommen. Er hofft, mit der Lasertechnik auch in den kommenden Jahren ein zweistelliges Wachstum erreichen zu können.
Ein Grund für seinen Optimismus liegt nicht zuletzt in der hohen Leistungsfähigkeit der deutschen Laserindustrie und von Forschungsinstituten wie dem Institut für Strahlwerkzeuge in Stuttgart, dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen beziehungsweise dem Lehrstuhl für Fertigungstechnologie in Erlangen. Leibinger erkennt deshalb einen langfristig positiven Trend auch in schwierigen Zeiten: "Viele Anwender interessieren sich für den Laser als Werkzeug und investieren unter strategischen Gesichtspunkten, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu stärken."
Angesichts knapper Budgets wird das Verhältnis von Kosten und Nutzen beim Lasereinsatz immer das entscheidende Investitionskriterium bilden. Das Anwendungspotential ist jedenfalls hoch, glaubt auch Sven Ederer, Mitarbeiter der Berthold-Leibinger-Stiftung. Der Diplom-Physiker sieht nach den Entwicklungssprüngen in der Laserindustrie erst jetzt die eigentliche Umsetzung in die praktische Anwendung im großen Stil kommen, "denn mit dem Einsatz des Lasers sind völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten sowie effizientere Fertigungsabläufe verbunden".
Wenn man Atome mit Energie "aufpumpt", springen deren Elektronen auf höhere Umlaufbahnen. Doch das mögen sie nicht: Die Elektronen fallen auf ihre frühere Umlaufbahn zurück, und die überschüssige Energie entweicht dabei als winziger Lichtblitz. Beim Laser nutzt man dies, indem man zunächst alle Atome mit Energie vollpumpt und in dieser Position zappeln läßt. Ein kurzer Startimpuls genügt, und die ersten Elektronen blitzen ihre überschüssige Energie ab. Deren Blitze regen andere Elektronen lawinenartig ebenfalls zum Blitzen an und bündeln so einen starken Laserblitz. Ein Blitz allein genügt zum Schneiden nicht. Er bohrt nur ein winziges Loch. Mit einer schnellen Folge von Blitzen kann man aber auch eine Bahn schneiden. Kristallaser können immer nur kurze schnelle Laserimpulse nacheinander erzeugen, aber kein Dauerlicht wie eine Glühlampe. Anders ein Kohlendioxydlaser: Hier strömen ständig neue aufgepumpte Gasatome in eine Entladungsröhre, blitzen und entweichen. So sind in dem Gasgemisch immer lasernde Atome vorhanden, die für ein Dauerlicht sorgen. Aber nicht nur die Wahl zwischen Dauerstrich- oder Impulslasern ist für die Praxis wichtig. Ebenso bedeutsam sind die Wellenlängen der Laserstrahlen. (C.H.)
Frankfurter Allgemeine Zeitung, 11.02.2002,
Viele Betriebe haben die Vorzüge der Lasertechnik in der Materialbearbeitung noch nicht erkannt
hna. FRANKFURT, 10. Februar. Ein scharf gebündelter Lichtstrahl schneidet sich durch einen Querträger und formt in Sekundenschnelle ein Loch. Später wird hier eine Versorgungsleitung hindurchgelegt. Die Arbeit mit dem Laserstrahl ist Alltag im Automobil- und Maschinenbau, aber in anderen Branchen häufig noch immer nicht. Das ist bedauerlich, denn die Bearbeitung mit dem Laserstrahl wird ohne Zweifel eine der Schlüsseltechniken im 21. Jahrhundert sein, da sie viel zur Verbesserung der Produktivität und Wirtschaftlichkeit in der Fabrik beitragen kann.
Heute werden Lasersysteme für Materialbearbeitung vorwiegend in Unternehmen des Maschinenbaus und der Mikroelektronik eingesetzt. Der Weltmarkt für Lasersysteme zur Materialbearbeitung hatte im Jahr 2000 ein Volumen von etwa 4,1 Milliarden Euro und soll zum Ende des Jahrzehnts mehr als doppelt so groß sein.
Die deutschen Hersteller wollen sich aus diesem Markt ein großes Stück herausschneiden, und ihre Chancen stehen gut. Spezialisten wie Rofin-Sinar, Esab Cutting Systems oder Trumpf mit Haas-Laser gehören zu den Marktführern. Die deutsche Laserindustrie verknüpft traditionelles Know-how aus dem Maschinenbau und der Feinmechanik mit Erkenntnissen der Elektronik.
Fast die Hälfte des Marktvolumens nehmen Kohlendioxyd-Laser ein. Bei ihnen erzeugt ein Gasgemisch aus Helium, Stickstoff und Kohlendioxyd den Laserstrahl. Diese Laser erreichen heute im Dauerbetrieb die höchste Leistung. In der unteren Klasse bis rund 500 Watt werden sie vor allem für die Bearbeitung von Nichtmetallen eingesetzt. Laser im Bereich von 500 bis 5000 Watt schneiden in erster Linie Stahlbleche.
"Im Materialdickenbereich bis 20 Millimeter hat der Laser aufgrund der Flexibilität und der Einfachheit der Konturprogrammierung bei kleineren und mittleren Losgrößen in vielen Fällen konventionelle Verfahren wie Stanzen und Fräsen verdrängt", erläutert der Verein Deutscher Werkzeugmaschinenfabriken. Bei Leistungen über 5000 Watt werden Kohlendioxyd-Laser vornehmlich zum Schweißen eingesetzt. Daneben gibt es Kristalle, die Laserstrahlen erzeugen können. Diese YAG-Laser (Yttrium-Aluminium-Granat) wurden bereits Anfang der siebziger Jahre in der Feinbearbeitung, zum Beispiel in der Uhrenindustrie, zum Punktschweißen und Bohren verwendet. Die verschiedenen Laserstrahlquellen haben alle ihre charakteristischen Vor- und Nachteile und werden entsprechend für Fertigungsaufgaben eingesetzt.
Deutsche Unternehmen bieten inzwischen Systeme mit allen gebräuchlichen Lasertypen an. So umfaßt das Produktprogramm der Trumpf-Gruppe, die sich als Weltmarktführer auf dem Gebiet der Lasertechnik für Materialbearbeitung sieht, Kohlendioxyd- und YAG-Laserstrahlquellen sowie zwei- und dreidimensionale Bearbeitungssysteme zum Schneiden, Schweißen und Markieren.
Die Anwendungsfelder für Lasertechnik sind inzwischen vielfältig. Von der Automobilindustrie über Hersteller von Haushaltsgeräten bis zu Schiffswerften reicht die Kundenpalette. Viele Anwender fordern schlüsselfertige Anlagen für spezifische Aufgaben. So stellt die Laserstrahltechnik zur Zeit das flexibelste Verfahren beim Verschweißen vorgefertigter Formplatinen zu kompletten Bodengruppen für Personenkraftwagen dar. Die Querversteifungen im Airbus A320 sind lasergeschweißt, ebenso Airbag-Sprengkapseln für Automobile. Der Kostenvorteil des Lasers wird aber auch in der Massenfertigung von einfachen Bauteilen wie Profilen und Rohrbögen genutzt.
Mit zunehmenden Anforderungen stieg der Leistungsbereich der Lasertechnik. Die Lambda Physik AG in Göttingen beispielsweise hat sich auf Mikroanwendungen spezialisiert und bietet den nach ihren Angaben leistungsstärksten Excimer-Industrielaser der Welt an. Bei ihm besteht das laseraktive Medium aus Edelgas-Halogeniden. Da die Wellenlänge die Größe des Fokuspunktes bestimmt, eignen sich Excimer-Laser mit ihrer sehr kleinen Wellenlänge im Ultraviolett-Bereich besonders für die Herstellung von Mikrostrukturen.
Solche Laser eignen sich beispielsweise dazu, die Düsen für Tintenstrahldrucker zu bohren und sind für die Fertigung von Mikrochips inzwischen unentbehrlich. Früher überwiegend in der Forschung benutzt, werden sie heute industriell eingesetzt und erreichen bereits einen Weltmarktumsatz von 400 Millionen Euro.
Noch bescheiden ist dagegen der Marktanteil von Hochleistungsdioden- oder Halbleiterlasern, die erst seit einiger Zeit auf dem Markt sind, mit einem Umsatz von etwa 15 Millionen Euro. Aber bereits ein halbes Dutzend deutscher Hersteller bietet diese Technik an. Sie werden vor allem in der Kunststoffverarbeitung und Elektronikindustrie angewendet. Wesentlicher Vorteil der Diodenlaser sind ihr hoher Wirkungsgrad, niedrige Betriebskosten und geringe Größe.
Hochleistungsdiodenlaser bestehen aus einem kompakten Laserkopf, einem Luftkühler und Stromversorgung mit Steckdosenanschluß. Bei ihnen werden, im Gegensatz zum Kohlendioxyd- und YAG-Laser, viele einzelne Strahlen zu einem Strahl gebündelt. Sie werden heute häufig als "Pumpquelle" für optisch angeregte Festkörperlaser eingesetzt, um deren Wirkungsgrad zu erhöhen. "Aufgrund dieser Stärken werden diodengepumpte Festkörperlaser weiter Marktanteile hinzugewinnen", sagt Josef Auer von der Deutschen Bank Research voraus. Langfristig dürften sie die lampengepumpten Festkörperlaser in den Hintergrund drängen.
Trotz günstiger Entwicklung vielfältiger Absatzmärkte ist die Laserindustrie nicht völlig unabhängig von der Gesamtkonjunktur. Der schwäbische Unternehmer aus der Laserbranche, Berthold Leibinger, bremst die Begeisterung mancher Fachleute mit dem Hinweis auf die Konjunkturabhängigkeit für Lasermaschinen in der Blechbearbeitung. Insgesamt allerdings sieht Leibinger gute Zeiten auf seine Branche zukommen. Er hofft, mit der Lasertechnik auch in den kommenden Jahren ein zweistelliges Wachstum erreichen zu können.
Ein Grund für seinen Optimismus liegt nicht zuletzt in der hohen Leistungsfähigkeit der deutschen Laserindustrie und von Forschungsinstituten wie dem Institut für Strahlwerkzeuge in Stuttgart, dem Fraunhofer-Institut für Lasertechnik in Aachen beziehungsweise dem Lehrstuhl für Fertigungstechnologie in Erlangen. Leibinger erkennt deshalb einen langfristig positiven Trend auch in schwierigen Zeiten: "Viele Anwender interessieren sich für den Laser als Werkzeug und investieren unter strategischen Gesichtspunkten, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu stärken."
Angesichts knapper Budgets wird das Verhältnis von Kosten und Nutzen beim Lasereinsatz immer das entscheidende Investitionskriterium bilden. Das Anwendungspotential ist jedenfalls hoch, glaubt auch Sven Ederer, Mitarbeiter der Berthold-Leibinger-Stiftung. Der Diplom-Physiker sieht nach den Entwicklungssprüngen in der Laserindustrie erst jetzt die eigentliche Umsetzung in die praktische Anwendung im großen Stil kommen, "denn mit dem Einsatz des Lasers sind völlig neue Konstruktionsmöglichkeiten sowie effizientere Fertigungsabläufe verbunden".
Wenn man Atome mit Energie "aufpumpt", springen deren Elektronen auf höhere Umlaufbahnen. Doch das mögen sie nicht: Die Elektronen fallen auf ihre frühere Umlaufbahn zurück, und die überschüssige Energie entweicht dabei als winziger Lichtblitz. Beim Laser nutzt man dies, indem man zunächst alle Atome mit Energie vollpumpt und in dieser Position zappeln läßt. Ein kurzer Startimpuls genügt, und die ersten Elektronen blitzen ihre überschüssige Energie ab. Deren Blitze regen andere Elektronen lawinenartig ebenfalls zum Blitzen an und bündeln so einen starken Laserblitz. Ein Blitz allein genügt zum Schneiden nicht. Er bohrt nur ein winziges Loch. Mit einer schnellen Folge von Blitzen kann man aber auch eine Bahn schneiden. Kristallaser können immer nur kurze schnelle Laserimpulse nacheinander erzeugen, aber kein Dauerlicht wie eine Glühlampe. Anders ein Kohlendioxydlaser: Hier strömen ständig neue aufgepumpte Gasatome in eine Entladungsröhre, blitzen und entweichen. So sind in dem Gasgemisch immer lasernde Atome vorhanden, die für ein Dauerlicht sorgen. Aber nicht nur die Wahl zwischen Dauerstrich- oder Impulslasern ist für die Praxis wichtig. Ebenso bedeutsam sind die Wellenlängen der Laserstrahlen. (C.H.)
Frankfurter Allgemeine Zeitung, 11.02.2002,
