Anwendungen von Lasern in der Industrie
Einleitung: Seit ihren Anfängen in den 1960er Jahren hat sich die Lasertechnologie dank ihrer hohen Energiedichte, exzellenten Richtwirkung und Kontrollierbarkeit rasant zu einem zentralen Werkzeug in der industriellen Fertigung entwickelt. Verglichen mit traditionellen mechanischen Bearbeitungsverfahren bietet die Laserbearbeitung deutliche Vorteile wie berührungsloses Arbeiten, hohe Präzision und hohen Automatisierungsgrad und findet breite Anwendung in industriellen Fertigungsprozessen wie dem Schneiden, Schweißen, Markieren, Bohren und der additiven Fertigung. Basierend auf den Lasertypen und ihren Prozesscharakteristika wird die industrielle Laserbearbeitung hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: Laserschneiden, Laserschweißen und additive Laserfertigung. Jede dieser Kategorien zeichnet sich durch spezifische Funktionsmechanismen und Anwendungsbereiche aus.
Laserschneiden
Laserschneiden zählt zu den ausgereiftesten industriellen Laseranwendungen. Dabei werden Hochleistungslaserstrahlen eingesetzt, um Werkstoffe zu schmelzen und zu verdampfen. In Kombination mit Hilfsgasen wird die flüssige Schlacke abgeführt, wodurch ein effizientes und präzises Schneiden ermöglicht wird. CO₂-Laser und Faserlaser sind derzeit die gängigsten Anlagen und eignen sich zum Schneiden von mittelstarken und dünnen Blechen aus Kohlenstoffstahl, Edelstahl, Aluminiumlegierungen und anderen Werkstoffen. Diese Technologie zeichnet sich durch geringe Schnittfugen, kleine Wärmeeinflusszonen, den Verzicht auf Formen und die Möglichkeit zum schnellen Wechsel der Bearbeitungswege aus und ist daher besonders geeignet für anspruchsvolle Branchen wie die Automobilindustrie, die Blechbearbeitung und die Luft- und Raumfahrt.
(1) In der Automobilfertigung wird das Laserschneiden zur Herstellung verschiedenster Bauteile eingesetzt, von Karosserieteilen bis hin zu Motoren. Beispielsweise werden Faserlaser für das hochpräzise Schneiden von hochfesten Stahlteilen verwendet, wodurch der Leichtbau von Automobilen ermöglicht wird.
(2) Auch die Luft- und Raumfahrtindustrie profitiert von der Laserschneidtechnologie, insbesondere bei der Herstellung komplexer Bauteile aus modernen Werkstoffen wie Titan und Verbundwerkstoffen. So lassen sich beispielsweise mit ultraschnellen Lasern komplex geformte Titanlegierungsbauteile schneiden, wobei thermische Schäden minimiert werden. Dies gewährleistet die strukturelle Integrität der Bauteile und verbessert deren Leistung und Sicherheit in der Luft- und Raumfahrt deutlich.
Laserschweißen
Beim Laserschweißen werden Metalle durch das schnelle Aufschmelzen von Laserstrahlen verbunden. Es zeichnet sich durch tiefen Einbrand, hohe Geschwindigkeit und geringen Wärmeeintrag aus. Gängige Schweißverfahren sind das kontinuierliche Laserschweißen und das Pulslaserschweißen, die sich für das Präzisionsschweißen dünner Bleche und für Anwendungen mit tiefem Einbrand eignen. Im Vergleich zum Lichtbogenschweißen erzeugt das Laserschweißen hochfeste und verformungsarme Schweißnähte und findet Anwendung in Bereichen wie der Batteriefertigung, dem Schweißen von Edelstahlkomponenten und der Herstellung von Kernkraftwerkskomponenten. Insbesondere in der Batterieherstellung hat sich das Laserschweißen zum Standardverfahren entwickelt.
(1) In der Automobilindustrie wird das Laserschweißen zum Verbinden von Karosserieteilen, Motorkomponenten und anderen wichtigen Bauteilen eingesetzt. Beispielsweise werden Faserlaser für das hochpräzise Schweißen von hochfesten Stahlbauteilen verwendet, wodurch robuste und dauerhafte Verbindungen entstehen.
(2) In der Elektronikindustrie wird das Laserschweißen zur hochpräzisen Verbindung kleiner und empfindlicher Bauteile eingesetzt. Beispielsweise werden Diodenlaser zum Schweißen von Batteriezellen in Lithium-Ionen-Akkus verwendet, um die Zuverlässigkeit der elektrischen Verbindungen zu gewährleisten.
(3) In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird beim Boeing 787 Dreamliner die Laserschweißtechnologie zum Verbinden von Titanlegierungen und Verbundwerkstoffen eingesetzt. Dadurch wird die Anzahl der Nieten erheblich reduziert, das Rumpfgewicht gesenkt und die Treibstoffeffizienz verbessert.
Laserbasierte additive Fertigung
Bei der laserbasierten additiven Fertigung (genauer gesagt beim Laser-3D-Druck) werden komplexe Strukturen Schicht für Schicht durch das Aufschmelzen von Pulver- oder Drahtmaterialien erzeugt. Dies stellt eine Transformation der Fertigungsmethoden von der „subtraktiven Fertigung“ zur „additiven Fertigung“ dar.Laserbasierte additive FertigungsverfahrenVerfahren wie das selektive Laserschmelzen (SLM) und das direkte Metallauftragschweißen (DMD) ermöglichen die Herstellung komplexer Metallbauteile mit hoher Präzision und Festigkeit. Im Vergleich zu traditionellen Verfahren erlaubt die additive Laserfertigung die integrierte Formgebung und den Leichtbau komplexer Strukturen bei gleichzeitiger Beibehaltung der Materialfestigkeit.
(1) In der Automobilfertigung werden Titanlegierungskomponenten der Ferrari F1-Rennwagen mittels Laser-Additivfertigungstechnologie hergestellt, was die Hitzebeständigkeit und Festigkeit der Teile erhöht und das aerodynamische Design der Rennwagen optimiert.
(2) In der Medizinbranche wird die laserbasierte additive Fertigung zur Herstellung von kundenspezifischen Implantaten und Prothesen eingesetzt.
(3) In der Luft- und Raumfahrtindustrie wird die laserbasierte additive Fertigung zur Herstellung komplexer Bauteile wie Turbinenschaufeln und Brennstoffdüsen eingesetzt.
Abschluss
Als wichtige Säule der modernen Fertigung erweitert die Lasertechnologie stetig ihre Anwendungsbereiche in der Industrie. Aktuell entwickelt sich die Laserbearbeitung auch in Richtung höherer Leistung, höherer Präzision und der Hybridisierung mehrerer Prozesse, wie zum Beispiel …Laser-Lichtbogen-HybridschweißenUltraschnelle Lasermikrobearbeitung und intelligente Laserüberwachungssysteme. Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung von Hochleistungs-Halbleiterlasern, intelligenten Steuerungssystemen und umweltfreundlichen Fertigungskonzepten wird die Laserbearbeitung auch zukünftig eine Schlüsselrolle in Bereichen wie intelligenter Fertigung, personalisierten Produkten und der Bearbeitung extrem anspruchsvoller Materialien spielen.
Veröffentlichungsdatum: 07.01.2026
