Lasermaterialbearbeitung ist eine innovative Produktionsmethode mit vielen Vorteilen und spielt deshalb eine wichtige Rolle für die zukünftige digitale Gesellschaft und die Digitalisierung 4.0. Mit Lasern können sowohl subtraktive (abtragende) wie auch additive (aufbauende) Herstellungsverfahren vollautomatisiert und computergesteuert realisiert werden. Die Lasermaterialbearbeitung umfasst die Bearbeitung von dicksten Metallen für den Maschinen- und Anlagenbau (Makrobearbeitung) bis hin zur Erzeugung von Nanostrukturen und Nanomaterialien für die Raumfahrt, Elektronik und Medizin.
Ein wichtiger Gesichtspunkt bei Fertigungsverfahren im Sinne der Ressourceneffizienz ist deren Energieverbrauch. Im Gegensatz zu konventionellen mechanischen und thermischen Umform- und Bearbeitungsverfahren (Bohren, Fräsen, Schneiden, etc.) arbeitet die Lasermaterialbearbeitung energetisch im Bereich von Verflüssigung und Verdampfung. Folglich ist der Energieeinsatz bei der Laserbearbeitung wesentlich höher als bei konventionellen Herstellungsverfahren.
Die Wechselwirkung der ultrakurzen Lichtimpulse mit Materie, führt bei Intensitäten in der Nähe der Ablationsschwelle zu einem lokal begrenzten Energieeintrag in eine nur wenige Zehn nm dünne Schicht unterhalb der Oberfläche. Als Folge wird ein räumlich begrenztes Volumenelement mit hoher Energieeffizienz abgetragen. Die Präzision des Materialabtrags liegt dabei im Bereich der effektiven Eindringtiefe von einigen Zehn nm. Eine thermische Schädigung des umgebenden Materials wird weitestgehend vermieden.
Die Abtragseffizienz wird nach empirischer Beobachtung bei Fluenzen von e² mal der Ablationsschwelle maximal und zeigt zusätzlich eine Pulsdauerabhängigkeit. Zu längeren Pulsdauern könnten sich neben der thermischen Diffusion von Elektronen und Gitter, auch die optischen Eigenschaften (Absorption und Reflexion) während der Bestrahlung ändern und damit ebenfalls die Energieeinkopplung und den Energietransport im Material beeinflussen. Um den Einfluss der Pulsdauer auf die Abtragseffizienz verstehen zu können, müssen somit Fragen nach der Änderung von optischen und thermischen Eigenschaften der Probe während der Bestrahlung mit verschiedenen Pulsdauern beantwortet werden.
