25.05.2023

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. 

Abb.: Ursprünglich für die Medizin­technik entwickelt, eignet sich der...
Abb.: Ursprünglich für die Medizin­technik entwickelt, eignet sich der Miniscanner auch für den indus­triellen Einsatz, etwa für handgeführte Laser­beschriftungs- und Gravier­systeme. (Bild: Fh.-ILT)

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

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