Kompakter Laserscanner drastisch geschrumpft
Neues Scannermodul kommt mit neunzig Prozent weniger Bauvolumen aus.
Kleiner, leichter, effizienter und nachhaltiger – das sind die heutigen Anforderungen für Systementwickler. Ein Team des Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT in Aachen hat auf Basis dieser Forderungen durch Fusion von Scannerantrieb und Spiegelsubstrat deutlich kleinere Baugrößen realisiert: Der planare Galvo-Scanner spart gegenüber konventionellen Systemen bis zu neunzig Prozent Bauvolumen. Die besonders kompakte Bauform von nur fünfzig Kubikzentimeter eröffnet in ganz unterschiedlichen Anwendungsbereichen neue Möglichkeiten.
Handelsübliche Galvo-Scanner mit einer Apertur von zehn Millimetern benötigen im Vergleich zum planaren Galvoscanner das zehn- bis fünfzigfache Bauvolumen. Mit dem Bauraum reduziert sich das Gewicht der Scannereinheit, wodurch sich eine Vielzahl von neuen Anwendungen und Möglichkeiten zur Produktivitätssteigerung ergeben. Ursprünglich entwickelte das Team den Scanner für eine Applikation in der Medizintechnik. Dabei ging es um einen handgeführten laserchirurgischen Prozess in der Neurochirurgie. Bei einer Apertur von sieben Millimetern wiegt der Miniscanner lediglich sechzig Gramm. Dank der erheblichen Platz- und Gewichtsreduktion lässt sich der neue Scanner ohne Einbußen bei Präzision oder Dynamik in Applikatoren für handgeführte Laserprozesse integrieren – etwa für medizintechnische Anwendungen, Laserbohr- oder Markierprozesse.
Im industriellen Einsatz eignet sich der Miniscanner ebenfalls für alle handgeführten Laserbeschriftungs- und Graviersysteme. Daneben ermöglicht die kompakte Bauform die Integration von mehreren Scannern in einen Bearbeitungskopf. Die Forschenden haben dafür einen Demonstrator mit vier 2D-Ablenkeinheiten und je einem F-Theta-Objektiv aufgebaut und charakterisiert. Die Forschenden haben das System mit Laserleistungen bis 150 Watt pro Scankopf erfolgreich für die Anwendungen Lasermarkieren und Gravieren getestet – mit vergleichbarer Genauigkeit und Dynamik wie bei konventionellen Galvo-Scannern.
Weitere Anwendungsmöglichkeiten sind beispielsweise in den Bereichen 3D-Druck, Mikrobearbeitung, Entlacken oder Entschichten. Mit vier oder mehr Scannern lassen sich Bearbeitungsaufgaben parallelisieren; die Produktivität steigt linear mit der Anzahl der Scanner. Der Miniscanner nutzt eine kommerziell verfügbare, modellbasierte Regelungselektronik. Damit ist die Integration in bestehende Maschinen unter Verwendung standardisierter Kommunikationsprotokolle möglich. Diese Closed-Loop-Regelung ist robuster, präziser und schneller als herkömmliche PID-Regler, vor allem durch das Scannen ohne Schleppverzug. Die jeweiligen Systeme entwickeln die Fraunhofer Laserspezialisten kundenspezifisch.
Fh.-ILT / JOL
