Symbiose statt Rivalität

Interview

Dr. Peter Leibinger leitet nicht nur die Trumpf Lasertechnik, sondern ist in der Trumpf-Gruppe für die Forschung und Entwicklung sowie für den Asienmarkt zuständig.

21. Mai 2012
»Strukturen in einer Feinheit, Genauigkeit und Qualität wie mit keinem anderen Verfahren.«
Bild 1: Symbiose statt Rivalität (»Strukturen in einer Feinheit, Genauigkeit und Qualität wie mit keinem anderen Verfahren.«)

Das war wirklich frappierend: Der grüne Laserstrahl ging durch die Wolkendecke in den Weltraum hinaus. Er war bis in die Stratosphäre zu sehen, so lange es eben Teilchen gab, die ihn reflektierten. Die Wolke, durch die er ging, absorbierte einen kleinen Teil, wurde komplett grün, der Strahl leuchtete aber zum größten Teil, ohne erkennbare Unterbrechung, weiter hinaus.

Ein Unternehmen in Deutschland, auf Lightshows spezialisiert, ist auf uns zugekommen, weil wir den leistungsstärksten grünen Laser weltweit anbieten. Wir haben diesen Laser für Bearbeitungsprozesse entwickelt, unter anderem zum Abtragen dünner Schichten von Solarzellen oder zum Rost entfernen, wofür hohe Leistungen erforderlich sind. Wir haben die Idee mit der Lightshow zunächst für verrückt gehalten, aber dennoch Tests in Schramberg mit unserem grünen 400-Watt-Laser durchgeführt. Zum Vergleich: Ein Laserpointer hat meist 1 mW. Wir haben den Strahl auf 5 cm aufgeweitet und in den Himmel geleuchtet.

Was bringt der grüne Laser für die Metallbearbeitung?

Er eignet sich vor allem für die Bearbeitung von Kupfer sehr gut, weil Grün von Kupfer gut absorbiert wird, während die Infrarotlaser, vor allem mit 1 µm, von Kupfer stark reflektiert werden. Besonders das Einstechen mit Infrarot ist schwierig. Wir haben Geräte im Test mit CW-Leistungen bis in den 1-kW-Bereich, allerdings erst als Versuchsmuster. Wir sehen hier einen gewissen Bedarf im Zusammenhang mit der Elektromobilität, Kupfer anders zu bearbeiten als bisher. Unter anderem geht es darum, kleinste elektrische Verbindungen für hohe Ströme herzustellen, die mit den bisherigen Methoden nicht realisierbar sind. Das ist heute noch kein nennenswertes Geschäft für Trumpf, aber eines unserer Zukunftsthemen.

Wir experimentieren auch mit hybriden Lasern, also rot-grün: Das 1-µm-Licht wird durch Frequenzverdopplung grün, wobei nur ein Teil des Lichts konvertiert wird. Mit Grün wird eingestochen und die Bearbeitung stabilisiert, der infrarote Rest des Laserlichts wird weiterhin zum Schweißen benutzt.

Frequenzverdreifachung führt in den nahen UV-Bereich. Hat der Bedeutung für die Metallbearbeitung?

Wenig. UV braucht man für spröde Materialien wie Glas oder Silizium-Wafer. Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Photonenenergie. Das kann man für bestimmte Anwendungen sehr gut verwenden. Man arbeitet hier mit gepulsten Lasern, speziell im UV-Bereich mit Ultrakurzpulslasern.

Siliziumwafer werden heute noch mit 20 µm dicken Kreissägeblättern unter Wasser geschnitten. Berührungslos wäre das natürlich interessanter. Verschiedene Hersteller von Spezialmaschinen machen das mit wassergeführten Laserstrahlen, das Verfahren hat sich nach meiner Kenntnis aber noch nicht breit durchgesetzt. Hier könnte es Einsatzgebiete für UV-Ultrakurzpulslaser geben. Das sind Möglichkeiten, die erst die diodengepumpten Festkörperlaser mit entsprechenden Strahlqualitäten bieten.

Hier tun sich viele neue Anwendungsfelder auf, die zumindest so wirken, als hätten sie viel Potenzial. Was am Ende daraus wird, muss sich zeigen.

Das sind vor allem die beiden beschriebenen Felder Kupfer- und Siliziumbearbeitung und als drittes das Schneiden von Glas zum Beispiel für Mobiltelefone. Für deren Displays wird chemisch gehärtetes Glas eingesetzt, ein Markenname dafür ist Gorilla-Glas, das nicht mehr geritzt und gebrochen, sondern gefräst wird. Auch dabei gibt es kleinste Absplitterungen und Risse, die später zum Bruch führen können. Mit dem Laser können wir berührungs- und damit beschädigungsfrei schneiden. Wenn man bedenkt, dass alleine Apple täglich 400000 Mobiltelefone herstellt mit je zwei Gläsern, also insgesamt fast eine Million, dann kann man den Markt erahnen. In Asien gibt es Fabriken mit einer sehr großen Zahl Mitarbeiter, die nichts anderes machen, als solche Gläser herzustellen. Wenn man das mit dem Laser könnte, wäre das ein Riesenfortschritt – und ein Riesenmarkt. Das ist eine Anwendung für Ultrakurzpulslaser, an der wir intensiv arbeiten.

Andere Themen für den Ultrakurzpulslaser sind das Strukturieren von Solarzellen, die Keramik- oder die CFK-Bearbeitung. Eine bereits realisierte Anwendung in der Metallbearbeitung ist das Bohren von Einspritzdüsen. Die sehen ja heute aus wie Duschköpfe mit vielen Löchern mit weniger als 0,1 mm Durchmesser, die heute drahterodiert werden. Die Qualität der Bohrung ist entscheidend für die Zerstäubung des Treibstoffes und damit für die Abgasqualität. Durch Laserbohrungen kann man sich eventuell Rußfilter sparen, die sonst mit der Einführung der Euro-6-Norm auch für Otto-Motoren nötig würden.

Und da geht es auch wieder um ein paar Zehntausend Stück am Tag?

Leider sind unsere Laser so produktiv, dass man für viele Millionen Düsen im Jahr nur fünf Laseranlagen benötigt. Das ist wirklich schade, wir haben uns erhofft, dass das viel mehr werden. Aber wer weiß, wenn alle Benzinmotoren der Welt mit solchen Düsen ausgestattet werden, dann wird es vielleicht doch noch ein größeres Geschäft für uns. Die Einspritzdüse war übrigens der Anstoß für unsere Ultrakurzpulslaserentwicklung. Wir sind jetzt sicher 15 Jahre dabei, diese Laser zu entwickeln.

Und inzwischen hat man noch ganz andere Anwendungsmöglichkeiten gefunden, die gar nichts damit zu tun haben.

Ja. Man kann kalt bearbeiten mit diesen Lasern und damit Strukturen erzeugen in einer Feinheit und Genauigkeit, in einer Qualität, die man mit keinem anderen Verfahren vergleichbar erzeugen kann, zumindest nicht in ähnlicher Flexibilität und Produktivität. Es gibt wohl Ätzverfahren, mit denen das auch geht. Aber das ist dann viel weniger flexibel.

Unsere Ultrakurzpulslaser erreichen 100 W mittlere Leistung. Damit kann man natürlich noch nicht hochproduktiv große Materialvolumina bearbeiten. Aber wir sehen schon, dass der Ultrakurzpulslaser in der Fertigungstechnik ein wichtiges Werkzeug wird und einerseits Aufgaben löst, die heute schwer oder gar nicht lösbar sind – wie die CFK-Bearbeitung – oder eben ein flexibleres Werkzeug als die heutigen ist.

Es ist vorstellbar, dass das Lasergravieren zumindest in der Schlichtbearbeitung das Fräsen teilweise ersetzt. Allerdings benötigt man dazu leistungsfähigere Laser zu geringeren Kosten. Die Laser sind heute noch relativ teuer. Wir liegen heute bei Ultrakurzpulslasern bei 2000 Euro pro Watt. Wir müssten mindestens eine Zehnerpotenz runterkommen, also einen 1000-Watt-Laser für 200000 Euro anbieten können. Das wäre dann schon interessant.

In diese Richtung wollen wir gehen. Und das zweite ist natürlich, dass man dann die Bearbeitungsgeschwindigkeit noch mal deutlich steigern müsste. Das heißt, man braucht ganz andere Scanner als die, die es heute gibt. Für uns ist das ein ganz wesentliches Zukunftsfeld.

Was bleibt dann eigentlich für den CO2-Laser? Ist das der Ausputzer, der alles wegmacht, was die anderen nicht so effizient oder gar nicht können?

Die Anforderungen an den Laser werden immer spezifischer. Das betrifft einerseits Leistung, Pulsbarkeit und Pulsart, aber auch Wellenlänge und andere Eigenschaften wie Wirkungsgrad, Robustheit, Kosten etc. Und es gibt ganz herausragende Vorteile der langen Wellenlänge des CO2-Lasers, 10 µm, die vor allem in der Metallbearbeitung enorme Vorteile hat. Es ist eigentlich paradox: Die 10 µ werden schlechter absorbiert von Metall als 1 µ, und das ist gerade der Vorteil. Stark vereinfacht gesagt: Es kommt in dickem Material mehr Energie ›unten‹ an, weil ›oben‹ nicht so viel absorbiert wird.

Beim Tiefschweißen ist das noch viel extremer. Vernünftig kann das eigentlich nur der CO2-Laser, und deswegen bin ich auch relativ unbesorgt um ihn.

Festkörperlaserschneiden erzeugt eine schmalere Fuge. Da brauche ich einen höheren Gasdruck, vor allem bei dickerem Blech, um das Material auszutreiben. Und ich habe einen höheren Gasverbrauch, der wiederum den niedrigeren Energieverbrauch energetisch und, was die Kosten betrifft, mehr als aufwiegt

Es genügt also nicht, eine Laserart zu beherrschen. Man muss von der Applikation ausgehen und die begreifen und beherrschen. In unserer Applikationsentwicklung hier in Ditzingen arbeiten 50 Wissenschaftler, und es sind über alle verschiedenen Laserquellen hinweg über 100 kW Laserleistung installiert, um Applikationen für die verschiedensten Bedürfnisse zu entwickeln. Basierend auf diesem Know-how entwickeln wir unsere Strahlquellen. Wir kommen immer von der Applikation zum Laser und nicht umgekehrt.

Und dann gibt es noch ein völlig anderes Gebiet, in dem der CO2-Laser vielleicht noch eine große Zukunft hat, nämlich das Erzeugen von Plasma, in dem weiches Röntgenlicht für die Mikrolithographie erzeugt wird. Das ist ein großes Projekt. Die Halbleiterhersteller sind heute an einem Punkt, an dem man nicht mehr richtig weiterkommt, was die Reduzierung der Strukturgröße der Halbleiter angeht. Die heute üblichen 193 Nanometer Wellenlänge, die in mikrolithographischen Scannern eingesetzt werden, begrenzen die Abbildungsfähigkeit und damit die Feinheit der Strukturen. Die kleinsten damit herstellbaren Strukturen liegen heute bei 22 Nanometer.

Feinere Strukturen verlangen kürzere Wellen, also Röntgenlicht. Um das zu erzeugen, schießt man mit hochenergetischen Laserpulsen auf flüssige Zinntropfen im Vakuum: Kleine Tröpfchen, jedes weniger als 100 Mikrometer Durchmesser, werden mit ungefähr 50 Kilohertz in eine Plasmakammer injiziert; man synchronisiert damit einen Laser, der gepulst auf einzelne Tröpfchen trifft und diese in ein Plasma verwandelt, das 13,5 Nanometer emittiert. Das ist weiches, monochromatisches Röntgenlicht. Dafür braucht man sehr, sehr hohe CO2-Laser-Leistung, weit über 50 kW CW. Daraus entstehen dann etwa 100 W EUV-Licht. Aber es ist trotzdem energetisch sinnvoll, das zu machen, weil die Chips, die man damit produziert, so viel weniger Energie verbrauchen. Mit einer Woche Chip-Produktion auf so einer Maschine ist der Jahresstromverbrauch mehr als aufgehoben. Obwohl das eigentlich eine gigantische Heizung ist, wenn man aus 800 kVA Anschlussleistung 100 W Licht macht.

Es gibt heute Scanner im Test bei verschiedenen Chipherstellern, die auf dieser Technologie basieren. Wenn sich diese Technologie durchsetzen würde, könnte das ein weiteres Geschäftsfeld für die Trumpf Lasertechnik werden.

Also eine lange Antwort zu der Frage, welche Rolle der CO2-Laser spielt. Dazu kommt: Beim Schneiden werden es mindestens 50 Prozent Marktanteil bleiben, weil viele Job-Shops, die mehr als zwei Drittel unserer Kunden ausmachen für die Blechschneidmaschinen, möglichst flexibel sein wollen. Und es wird weitere, vielleicht ganz neue Anwendungen geben.

Wird man die wachsenden Laserleistungen nutzen, um noch dickere Bleche zu schneiden, oder gibt es noch andere Einsatzmöglichkeiten für Laser mit mehr als 10 kW?

Wahrscheinlich ist das eine asymptotische Entwicklung. Wir werden nicht jedes Jahr ein Kilowatt dazubekommen, weil die sinnvollen Anwendungen dann auch weniger werden. Das haben Sie völlig richtig erkannt: Man kriegt die Leistung dann nur noch im dicken Blech unter, und dazu muss man große Mengen dicken Blechs schneiden, um sich so einen teuren Laser anzuschaffen – etwa in der Lebensmitteltechnik, wo viel dickes rostfreies Material verarbeitet wird

Der Laser ist ja auch teuer im Vergleich zu Konkurrenzverfahren. Für die Umhausung einer Laseranlage bekommt man schon eine komplette Wasserstrahl- oder Brennschneidanlage.

Das stimmt. Aber man muss es in Verbindung mit der Qualität der Schnittkante und in Zusammenhang mit der Produktivität sehen. Wir haben ja parallel zu der Weiterentwicklung der Produktivität der Laseranlagen eine massive Weiterentwicklung in der Qualität des Schnitts. Und wir kommen heute schon in Bereiche, in denen die spanende Bearbeitung angegriffen wird.

Der Plasmaschnitt ist natürlich immer noch viel billiger. Wenn man aber eine Gesamtwirtschaftlichkeitsbetrachtung macht, also den Verbrauch von Gasen und dergleichen mitberücksichtigt, dann sieht das anders aus. Es gibt viele Kunden, die Plasma durch Laser ersetzen, weil sie dann unter Umständen auch einen Bearbeitungsschritt einsparen und ihren Kunden bessere Qualität bieten können. Und natürlich hat das Material auch bessere Eigenschaften, weil die wärmebeeinflusste Zone viel kleiner ist.

Das heißt, dass die ganz hohen Laserleistungen weiterhin interessant sind. Wir haben ja einen kleinen 10-kW-Laser schon als OEM-Gerät im Angebot. Wenn der Markt daran Interesse zeigt, dann werden wir auch 10-kW-Schneidmaschinen anbieten. Heute sind acht Kilowatt das Maximum, das wir anbieten und das sich auch gut verkauft.

Verlassen wir einmal die Technik! Trumpf ist ein Familienunternehmen, und in Familien menschelt es besonders. Gibt es eine augenzwinkernde Rivalität zwischen den Schwägern Peter Leibinger und Mathias Kammüller?

Eine Rivalität gibt es nicht, weder persönlich noch fachlich. Unsere Führungsstruktur im Unternehmen ist eine Matrix. Das heißt: Wir haben Querschnittverantwortung über die Geschäftsbereiche hinweg. Herr Kammüller ist für die Produktion zuständig, auch im Laserbereich, und dafür bin ich auch dankbar, weil er das besser kann, als ich es je könnte. Und ich bin für die Forschung und Entwicklung zuständig, auch über die Geschäftsbereiche hinweg, hier gilt vermutlich dasselbe, nur umgekehrt. Und von daher haben wir in der Dimension in der Matrix eine Struktur, die die Rivalität nicht fördert, sondern ein kollegiales Zusammenarbeiten, bei dem sich unsere Talente ergänzen. Dann haben wir eine dritte Dimension in der Matrix, die Regionalverantwortung, wo wir uns die Welt sozusagen aufteilen. Ich bin für Asien zuständig und da eben dann auch für die Werkzeugmaschinentöchter. Und von daher müssen wir uns auch hier abstimmen.

Es gibt also keine Rivalität, sondern einen gegenseitigen Ansporn. Man darf auch nicht vergessen: Es gibt keinen Maschinenbauer, der so viel von Lasern versteht wie Trumpf, und es gibt keinen Laserhersteller, der so viel von Maschinen versteht wie Trumpf. Und in dieser Symbiose sehen wir unsere Stärke. Trumpf Werkzeugmaschinen wäre ohne den Laserbereich nie das, was es ist, und Trumpf Laser wäre auch im Werkzeugmaschinenbereich nie das, was es ist.

Aber es gibt auch große Unterschiede: Das Werkzeugmaschinengeschäft ist ein Standardmaschinengeschäft, das sich eher an kleine mittelständische Kunden wendet. Das Lasergeschäft ist ein Lösungsgeschäft; man kommt also immer von der Applikation her, vom Problem des Kunden: Kann man Gorilla-Glas schneiden? Kann man diesen Herzschrittmacher schweißen? Und so weiter. Wir müssen dann erst mal das Verfahren nachweisen, bevor wir zum Gerät kommen. Und oft erfolgt dann die Umsetzung der Lösung auch mit Partnern. Den Großteil unserer Laser verkaufen wir ja zusammen mit oder über Integratoren, die dann eine Maschinenbaulösung, eine Umsetzung entwickelt haben. Das heißt, die Art des Geschäfts ist ganz anders im Maschinenbaubereich.

Ein weiterer Unterschied ist, dass wir im Lasergeschäft viel mehr mit Großkunden zu tun haben als der Werkzeugmaschinenbereich, etwa mit der Automobilindustrie.

Macht die enge Zusammenarbeit der Lasertechnik und dem Werkzeugmaschinenbau Trumpf so erfolgreich?

Absolut! Wir sind oft nicht die Ersten, die eine neue Technologie auf den Markt bringen. Aber wir sind fast immer die Ersten, die eine neue Technologie industrietauglich auf den Markt bringen. Und diese Industrietauglichkeit erreichen wir, weil wir in unserer DNA Maschinenbauer sind. Und das geht nur durch das Zusammenarbeiten, das Zusammenwirken mit dem Werkzeugmaschinenbereich.

Von daher ist es ein Paradox. Wir haben ganz unterschiedliche Ansätze im Endkundengeschäft. Wir sind auch technologisch inzwischen auf ganz unterschiedlichen Feldern zuhause – wenn wir unsere Ultrakurzpulslaser betrachten oder das EUV-Thema. Das hat natürlich nichts mehr mit dem zu tun, was wir auf der Werkzeugmaschinenseite machen. Aber gleichzeitig arbeiten wir sehr, sehr eng zusammen, und wir entwickeln die Laser für den Werkzeugmaschinenbereich.

Wächst die junge Lasertechnik schneller als der etablierte Werkzeugmaschinenbau?

Die beiden Bereiche wachsen gar nicht so unterschiedlich schnell. In den Jahren 2002 bis 2008 ist der Werkzeugmaschinenbereich schneller gewachsen als der Laserbereich. Im Moment wächst der Laserbereich schneller als der Werkzeugmaschinenbereich.

Man darf allerdings nicht vergessen, dass der Werkzeugmaschinenmarkt in den entwickelten Ländern schon gewisse Sättigungserscheinungen zeigt.

Das heißt, der kann nicht sehr viel schneller wachsen als die Kunden?

Ja. Wir haben 30 Prozent Weltmarktanteil bei den Werkzeugmaschinen für die Blechbearbeitung. Dort noch wesentliche Weltmarktanteile dazuzugewinnen, wird schwierig. Aber es gibt China. Und es gibt einen Technologiewandel im Werkzeugmaschinenbereich durch die Festkörperlaser, der neue Wettbewerber erzeugt, der etablierte Unternehmen vor neue Fragen stellt. Und wir haben in China einen dynamisch wachsenden Markt, dessen Entwicklung wir kaum prognostizieren können.

Deswegen fällt uns auch die Prognose des Werkzeugmaschinenmarktes schwer. Wir wissen nur: Wir sind sowohl was den Technologiewandel angeht als auch, was die Frage China angeht, sehr, sehr gut positioniert. Und von daher sehen wir der Zukunft mit einiger Gelassenheit entgegen.

Im Lasergeschäft ist es so, dass wir natürlich einerseits einen starken Fokus auf dem Automobilmarkt haben, was eine hohe Zyklizität mit sich bringt und auch wachstumslimitierend ist, weil wir wiederum vom Wachstum einer Industrie abhängig sind. Gleichzeitig sehen wir aber, dass wir über den Technologiewandel bei den Festkörperlasern oder die Preiserosion, die man in den letzten Jahren erlebt hat, ganz neue Felder bekommt bei etablierten Kunden. Und andererseits haben wir natürlich neue Felder, die wir angehen – das Mikro- und das EUV-Geschäft zum Beispiel, die weitere Wachstumsimpulse bringen könnten. Aber meine Erfahrung ist, dass die Entwicklung völlig neuer Geschäftsfelder in der Regel sehr lange dauert. Da gehen dann schon mal zehn Jahre ins Land, bis eine neue Entwicklung ein wirkliches Geschäft ist. Und darauf richten wir uns ein. Trumpf hat einen langen Atem und wir sind sehr geduldig, konsequent und hartnäckig in der Technologieentwicklung.

Hans-Georg Schätzl

www.trumpf.com

Zahlen & Fakten

Weltweit führend Die Trumpf-Gruppe zählt mit 2,02 Mrd. Euro Umsatz (Geschäftsjahr 2010/11) und rund 8500 Mitarbeitern zu den Weltmarktführern in der Fertigungstechnik. Unter dem Dach der Holding sind die drei Geschäftsbereiche Werkzeugmaschinen/Elektrowerkzeuge, Lasertechnik/Elektronik und Medizintechnik zusammengefasst. Mit über 50 Tochtergesellschaften und Niederlassungen ist die Gruppe weltweit vertreten.

Erschienen in Ausgabe: 04/2012