Tutkimus

Ultranopeat pulssilaserit leikkaavat jopa vahvinta terästä – PULSE-hanke vie Eurooppaa uudelle laserteknologian aikakaudelle

Laserteknologiaa hyödynnetään kaikkialla laserosoittimista aina laserkaiverrettuihin iPhoneihin. Laserien tehokkuus on kasvanut moninkertaiseksi. Tampereen yliopiston koordinoimassa kansainvälisessä hankkeessa kehitetään ultranopeita lasereita raskaan teollisuuden tarpeisiin.

Eurooppa on laserteknologian ja fotoniikan edelläkävijä maailmassa. Johtoaseman säilyttämiseksi EU:n Horisontti2020-ohjelma ja Euroopan fotoniikan teknologia-alusta Photonics21 ovat käynnistäneet uuden tutkimusyhteistyön kehittääkseen yhä edistyneempiä ultranopeita lasereita teollisuuden tarpeisiin.

– Ultranopeat pulssilaserit avaavat uusia mahdollisuuksia laserteknologian hyödyntämiseen teollisissa prosesseissa. Perinteinen laser tuottaa voimakkaan jatkuvan lasersäteen ja valtavasti vaikeasti hallittavaa lämpöä.  Pulssilaserit taas tuottavat äärimmäisen tehokkaita ja lyhyitä laserpulsseja, jolloin prosessia on helpompi säädellä ja se tuottaa vähemmän lämpöä, hanketta Tampereen yliopistossa johtava yliopistotutkija Regina Gumenyuk kertoo.

– Laserpulssin kesto mitataan femtosekunneissa. Femtosekunti on sekunnin tuhannesbiljoonasosa, eli femtosekunnin ja sekunnin suhde on sama kuin sekunnin ja noin 32 miljoonan vuoden, hän havainnollistaa pulssilasereiden mittakaavaa.

Nelivuotiseen High-Power Ultrafast Lasers using Tapered Double-Clad Fibre (PULSE) -hankkeeseen osallistuu nimekkäitä tutkijoita ja teollisuuskumppaneita kaikkialta Euroopasta. Hankkeessa kehitetään laserjärjestelmää, joka kykenee tuottamaan keskimäärin 2,5 kilowatin tehon ja jopa 100 kilowatin tehoisia yksittäisiä pulsseja. Sillä voidaan muun muassa leikata autoteollisuudessa käytettävää vahvinta Boron-terästä ja työstää autonosien valmistuksessa käytettäviä muotteja ennennäkemättömän nopeasti ja tarkasti.

– Valmistava teollisuus on kiinnostunut kustannus- ja resurssitehokkaasta laserteknologiasta, joka mahdollistaa tarkan, nopean ja joustavan massaräätälöinnin. Hankkeessa kehitetty laser voi parantaa laatua ja tehokkuutta muun muassa elektroniikka-, tekstiili- ja autoteollisuudessa sekä lääketieteellisten laitteiden ja kulutustavaroiden valmistuksessa, Gumenyuk sanoo.

Hankkeessa kehitetään myös uusia ratkaisuja äärimmäisen nopeiden ja tehokkaiden laserpulssien hallintaan. Pulssit liikkuvat työstettävän materiaalin pinnalla jopa yli 5000 kilometrin tuntinopeudella. Seuraavan kolmen vuoden sisään hankkeen tutkijoiden tavoitteena on ennätyksellisen nopea lasertyöstöjärjestelmä, joka tuottaa mahdollisimman vähän lämpöä ja jota ohjataan automaattisen järjestelmän avulla. Hankkeen tulokset tulevat radikaalisti muuttamaan teollisuuden tuotantoprosesseja.   

Tampereen yliopiston tutkijat ovat kehittäneet ja patentoineet osan hankkeessa käytettävistä uusista suurteholaserratkaisuista. Tutkijoiden tavoitteena on siirtää teknologia teollisuuden käyttöön. 

– Tavoittelemme tehokkuutta, jota ei voida saavuttaa kehittämällä vain järjestelmän yhtä osa-aluetta eli vahvistimia. Tavoitteiden saavuttaminen edellyttää järjestelmän kokonaisvaltaista kehittämistä. Siksi tutkimuskonsortioomme kuuluu asiantuntijoita useilta fotoniikan, materiaalitieteen ja insinööritieteiden alueilta.

PULSE-hanke on osa EU:n julkisen ja yksityisen sektorin kumppanuutta fotoniikan alalla. Hanke on saanut rahoitusta EU:n Horisontti2020-ohjelmasta, joka tarjoaa rahoitusta kansainvälisenä yhteistyönä toteutettaville tutkimus- ja innovointihankkeille. Nelivuotisen hankkeen budjetti on yli 5 miljoonaa euroa. Mukana on 12 kumppania useista Euroopan maista.

Lisätiedot: PULSE-hankkeen johtaja Regina Gumenyuk, puh. 040 1981064, regina.gumenyuk@tuni.fi