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Von einer „bahnbrechenden Erfindung“, einer „völlig neue Klasse von Laser“ ist die Rede, als der in den 1990-er Jahren am IFSW entwickelte Scheibenlaser 2002 auf den Markt kommt. Das neue Konzept eines diodengepumpten Festkörperlasers zeichnet sich durch seinen hohen Wirkungsgrad und die optimale Fokussierbarkeit der Laserstrahlen bei nahezu frei skalierbarer Laserleistung aus. Zudem kann der Strahl über 100 Meter in flexiblen Glasfasern geführt werden – eine konkurrenzlos weite Distanz. Besonders beim Schweißen kommen die Vorzüge des Scheibenlasers zum Tragen, der sich zwischenzeitlich in Forschung und Industrie erfolgreich etablieren konnte und auch in der Medizintechnik, wie etwa der Augenheilkunde, eingesetzt wird.
„Weltweit führendes Laserinstitut“
Damit es so weit kommen konnte, musste allerdings erst einmal – man schrieb das Jahr 1986 – das Institut für Strahlwerkzeuge an der Uni Stuttgart gegründet und Prof. Helmut Hügel zu dessen Leiter ernannt werden. Stuttgart zählte damit zu den ersten Hochschulen, die Studierenden des Maschinenbaus Gelegenheit bot, sich mit dieser neuen, zukunftweisenden Schlüsseltechnologie zu befassen. Das IFSW, das sich damals wie heute als Forschungseinrichtung versteht, die anwendungsorientiert in enger Kooperation mit der Industrie arbeitet, wird Hügel bis zu seiner Emeritierung 2004 zu einem der „weltweit führenden Laserinstitute“ ausbauen und er wird das erste deutschsprachige Lehrbuch zur Lasertechnologie für Studierende verfassen.
Vom Pfaffenwaldring 43 aus, wo das IFSW zusammen mit dem Institut für technische Physik der Deutschen Forschungsanstalt für Luft- und Raumfahrt einen Neubau bezog, starteten die Wissenschaftler 1991 im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 349 „Hochdynamische Strahlführungs- und Strahlformungseinrichtungen für die räumliche Bearbeitung mit Laserstrahlen“ durch. Ihr Ziel: Maschinenkomponenten entwickeln, die schneller und präziser arbeiten als die bisher verfügbaren. Mit einher ging die Entwicklung hochdynamischer Mess- und Regelungssysteme zur Strahlverfolgung sowie optischer Elemente wie Spiegel, Sensoren und Spiegelpositioniersysteme für eine genaue Strahlführung und -formung.
Von der Grundlagenforschung bis zur Produktion
Verfahren der Lasertechnik zählen heute zum Standard moderner Produktionsverfahren. Das schnelle Laserschweißen etwa ist in der automatischen Fertigung im Karosseriebau nicht mehr wegzudenken, wenn es gilt, dünne Stahl- oder Aluminiumbleche zu bearbeiten. Mittels kurzer Laserpulse können beispielsweise Einspritzdüsen mit bislang unrealisierbar winzigem Durchmesser gebohrt werden, was zur Kraftstoffreduzierung bei Benzin- und Dieselmotoren beiträgt. Im Rahmen des Projektverbunds PROMPTUS (Produktive Mikro-Prozesstechnik mit ultrakurz-gepulsten Strahlquellen) arbeiten die Wissenschaftler am IFSW an der Integration von modernen Lasern mit ultrakurzen Pulsen in den industriellen Fertigungsbetrieb.
Gemeinsam mit der 1996 ausgegründeten gemeinnützigen Forschungsgesellschaft für Strahlwerkzeuge (FGSW) kann das IFSW die ganze Entwicklungskette von der Grundlagenforschung bis hin zur Umsetzung der Ergebnisse in Produkte und Verfahrenstechniken anbieten – und dank des Zentrums für Diagnostik laserbasierter Fertigungsverfahren der FGSW einschließlich entsprechender Untersuchungen.
„Immer der Zeit voraus“
Heute beschäftigen sich die Wissenschaftler am IFSW schon mit der Lasergeneration von Morgen – mit Laserstrahlquellen höherer Leistung und verbesserter Strahlqualität sowie mit neuartigen optischen Fasern für die Strahlübertragung zukünftiger Hochleistungslaser. „Es ist unsere Aufgabe, aufkommende Probleme frühzeitig vorherzusehen und entsprechend zu handeln“, sagt Prof. Thomas Graf, der Leiter des IFSW. Da die heute bekannte Fasertechnologie den angestrebten Leistungsdichten der neuen Lasergeneration bei der Strahlführung vom Lasergerät zur Bearbeitungsstation nicht standhalten kann, heißt die Herausforderung: Vollständig neue Fasern und Herstellungsprozesse entwickeln sowie entsprechende Messverfahren. Die Anlage zur Preformherstellung und ein Faserziehturm sind im Aufbau. Bei den am 6. März 2008 bereits zum fünften Mal stattfindenden Stuttgarter Lasertagen, die sich, seit 1999 von IFSW und FGSW organisiert, zu einem zentralen Anwenderforum der Laserbranche etabliert haben und nun erstmals ein internationales Publikum ansprechen, werden sicherlich aktuelle Entwicklungen aus dem IFSW zur Vorstellung kommen.
Julia Alber
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