Das RUBIN-Bündnis

Mit dem RUBIN-Bündnis „UKPiño“ hat sich ein interdisziplinäres Team aufgestellt, um die Entwicklung und Anwendung von Hightech-UKP-Lasern voranzutreiben. Die Ultrakurzpulslaser (UKP-Laser) mit Pulsdauern im Femtosekundenbereich ermöglichen die hochpräzise Bearbeitung verschiedenster Materialien, insbesondere von Metallen, Gläsern, Halbleitern und Gewebe. Eine Femtosekunde entspricht einem Billiardstel einer Sekunde. In dieser Zeit kann das Licht nur eine Strecke von gerade einmal 0,3 Mikrometern (µm) zurück. Das entspricht gerade einmal einem hundertstel der Dicke des menschlichen Haars.

Die regionalen Partner bringen dabei ihre Expertise entlang der gesamten Technologieplattform, von der Laserquelle über funktionale Komponenten und Systeme bis hin zu den Anwendungen ein. Mit den unterschiedlichen Fertigungstechnologien Strukturieren, Fügen, Funktionalisieren und 3D-Druck werden innovative Applikationen verfolgt. Das Bündnis führt die Expertisen der einzelnen Partner zu einer gemeinsamen, modularen Innovationsbasis zusammen.

UKPiño hat den Anspruch, international führend für Anwendungen von Ultrakurzpulslasern zu werden. Dies wird untermauert durch die Breite und Komplexität, mit der die gesamte Technologieplattform abgebildet wird. Ein weiteres Alleinstellungsmerkmal bildet die Erschließung des 2-Mikrometer-(µm) Wellenlängenbereichs. Dies soll weitere Anwendungsfelder eröffnen, bei denen insbesondere die Materialien nicht mit konventioneller Lasertechnologie bearbeitbar sind.

Die Ziele

Die Materialbearbeitung mit ultrakurzen Laserpulsen erfolgt rein optisch, d. h. das Verfahren ist verschleißarm und hochpräzise. Die Herstellung von Produkten mittels UKP erfüllt damit höchste Anforderungen in Bezug auf Nachhaltigkeit und resourcenschonenden Materialeinsatz.

Anwendungsfelder finden sich in der Medizin oder bei „Smart Wearables“ in Form der Funktionalisierung von textilem Gewebe. In der Additiven Fertigung - einem 3D Druckverfahren – werden neue Materialien erschlossen, z.B. Glas, Keramiken, besondere Metalle und Kunststoffe. Das Fügen gleicher und unterschiedlicher Materialien soll auf weitere Materialkomponenten erweitert werden. Aber auch wissenschaftliche Lasersysteme, Quantentechnologie und nichtlineare Frequenzkonversion in den weichen Röntgenbereich sind mögliche Anwendungsgebiete.

Einzigartige Möglichkeiten bietet der 2 µm-Spektralbereich, den sich UKPiño erschließen möchte: Aufgrund der Transparenz von Hightech-Materialien (z.B. Silizium, Keramik, Kristallen, Hochleistungskunststoffen, Verbundwerkstoffen) in diesem Spektralbereich kann UKP-Laserstrahlung z.B. durch die Vorderseite hindurch fokussiert werden. So wird eine Bearbeitung im Volumen des Werkstoffes oder auf der Rückseite möglich, ohne die Oberfläche zu schädigen. Da sich Silizium-Halbleiterstrukturen mit dieser Technologie bearbeiten lassen, ergibt sich für die Mikro- und Konsumerelektronik die Möglichkeit, Elektronik und Photonik auf einem Chip („Silicon-Photonics“) zu integrieren.

Die Region

Die RUBIN-Kernregion Mittel- und Ostthüringen hat eine traditionsreiche Geschichte in den optischen und photonischen Technologiefeldern und konnte sich hier zu einem international sichtbaren Treiber etablieren. Belegt wird dies mit dem 2021 verliehenen Ehrentitel »Historische Stätte der Physik“ an die Stadt Jena durch die Europäische Physikalische Gesellschaft. Jena ist weltweit die erste Stadt, die sich dieses Titels rühmen darf.

Entsprechend finden sich in der Region neben erfolgreichen Mittel- und Kleinunternehmen auch internationale Marktführer, die ein breites Spektrum an Anwendungsfeldern optischer Technologien bedienen - von Speziallösungen für Nischenmärkte und kleine Stückzahlen bis hin zu international agierenden Großunternehmen wie Jenoptik und SCHOTT. Zum Erfolg dieser Unternehmen trägt auch die vielfältige Forschungslandschaft Thüringens bei, sodass Grundlagen- und Anwendungsforschung Hand in Hand gehen. Kennzeichnend dafür ist der deutsche Spitzenreiterplatz der Region bei Patentanmeldungen pro Kopf.

In der Region lässt sich somit die gesamte Innovationskette von der Laserquelle bis hin zur neuartigen 2 µm-UKP-Lasertechnologie erforschen und entwickeln. UKPiño führt die breits vorhandenen Wertschöpfungselemente zusammen, um zukunftsorientiere Technologien zu etablieren.

Die Partner

Im Bündnis vereinen sich national und international agierende Unternehmen (z.T. Marktführer) mit Forschungseinrichtungen, die grundlagen- und anwendungsorientierte Forschung betreiben. Konkret sind diese:

• Active Fiber Systems GmbH: Entwicklung & Herstellung von Hochleistungs-Faserlasersystemen
• 3Faktur GmbH: Entwickler & Dienstleister von 3D-gedruckten Kunststoffprodukten in serientauglicher Fertigung
• Asclepion Laser Technologies GmbH: Entwicklung & Herstellung medizinischer Lasertechnologien und -systeme
• Asphericon GmbH: Entwicklung & Herstellung von optischen Systemen bzw. Linsen unterschiedlichster Formen u. Materialien
• Ernst-Abbe-Hochschule: Schwerpunkt UKP-Materialbearbeitung, 3D-Druck, Funktionalisierung
• Friedrich-Schiller- Universität Jena, Institut für Angewandte Physik: Schwerpunkt Wechselwirkung Licht und Materie; einschließlich Laserentwicklung
• IL Metronic Sensortechnik GmbH: Entwicklung & Herstellung von UV- u. Feuchtemess-sensoren bis hin zu Messgeräten u. Glasdurchführung
• Jenoptik Automatisierungstechnik GmbH: Entwicklung & Fertigung von hochflexiblen roboterbasierter Automatisierungslösungen
• Layertec GmbH: Entwicklung & Produktion optischer Komponenten für die Lasertechnik; speziell eigene Feinoptikfertigung
• LCP Laser-Cut- Processing GmbH: Fertigung von filigranen Präzisionsbauteilen und -halbzeugen aus Metall, Keramik, Kunststoff oder Glas
• LLT Applikation GmbH: Entwicklung & Fertigung von kundenspezifischen Laser- Präzisions- und Mikrobearbeitungssystemen
• MOEWE Optical Solutions GmbH: Entwicklung & Produktion hochwertiger industrietauglicher Polygon-Scanner
• POG Präzisionsoptik Gera GmbH: Entwicklung & Produktion von mikrostrukturierten Präzisionsoptiken, optischen Komponenten und Subsystemen
• Robust AO: Entwicklung & Herstellung adaptiver Optiken für die Lasermaterialbearbeitung - Zwobbel®
• Thorey Textilveredelung Gera GmbH: Entwicklung & Herstellung veredelter Textilien durch Funktionalisierung u. Strukturierung (z.B. FFP2-Masken)
• SCHOTT AG (minifab): Entwicklung & Herstellung Glassubstraten, -komponenten und
  -produkten insbesondere für Life-Science-Anwendung

Kontakt/Bündniskoordinator

Active Fiber Systems GmbH
Ernst-Ruska-Ring
07745 Jena
Telefon: +49 3641 633790
E-Mail: contact@ukpino.de