Trendreport Photonik 2019/2020 - Märkte, Entwicklungen, Potenziale - Spectaris
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2019/2020
Trendreport
Photonik
Märkte, Entwicklungen, Potenziale
Mit freundlicher Unterstützung von
2
Connecting Global Competence
E M
F D L
AU E
V EN
H T L E
L I C T E N Ü N C H
H S I N
M
Ä C M E N
N OM K
I LL
W
24.–27. JUNI 2019 21.–24. JUNI 2021 | MESSE MÜNCHEN
Weltleitmesse und Kongress für Komponenten, Systeme
und Anwendungen der Photonik
world-of-photonics.com
Trendreport 2019 | Photonik
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Photonik als Schlüsseltechnologie
Grußwort von Dr. Ulrich Nußbaum
Staatssekretär im Bundesministerium
für Wirtschaft und Energie
D
ie Photonik gilt als Schlüsseltechnologie der heu-
tigen Zeit. Sie ist Treiber für Innovation und
Wachstum. Dies belegen die rund 1.000 deutschen
Photonik-Unternehmen eindrucksvoll: Sie beschäftigen
ca. 140.000 Menschen und erzielen über 37 Milliarden
Euro Umsatz jährlich, den Großteil davon durch Exporte.
Dabei geben die Unternehmen im Durchschnitt 9 % ihres
Gesamtumsatzes für Forschung und Entwicklung aus. Die
Photonik zählt damit zu den forschungsintensivsten Industrie-
bereichen in Deutschland.
Entsprechend hat die Branche die Anforderungen der Zu-
kunft fest im Blick: Weltweit profitieren führende Automobil- Dr. Ulrich Nußbaum
hersteller, Maschinenbauer, Life-Science-Unternehmen oder Beamteter Staatssekretär
Hersteller von Medizinprodukten von maßgeschneiderten im Bundesministerium
optischen Lösungen, die ein hohes Know-how und Qualitäts- für Wirtschaft und Energie
bewusstsein voraussetzen. Assistiertes Fahren mit optischer
Sensorik, leistungsstarke Glasfaser-Datenübertragung, moder-
ne Beleuchtung mittels LED und OLED oder zahlreiche Anwen-
dungen der Biophotonik zu Diagnostik- und Therapiezwecken
sind nur einige prominente Beispiele für die Innovationskraft
der Photonik-Branche.
Der neue Trendreport Photonik erhebt daher zu Recht den
Anspruch, Visitenkarte der deutschen Photonik-Unternehmen
zu sein.
Ich wünsche Ihnen eine informative und faktenreiche Lektüre!
Trendreport 2019 | Photonik
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Zugang zur molekularen
Skala mit Licht
Grußwort von Prof. Dr. Dr. h. c. mult. Stefan W. Hell
Gewinner des Nobelpreises für Chemie 2014
D
er Nobelpreis für Chemie 2014 würdigte die Über-
windung einer über hundert Jahre geltenden
Grenze für die Auflösung im Lichtmikroskop. Die
Beugungsgrenze für die Trennschärfe im Mikroskop fun-
damental auszuhebeln, dies gelang mir durch Einbezie-
hung der beobachteten Moleküle selbst in den Bildent-
stehungsprozess. Stefan W. Hell
Direktor Max-Planck-Institut
Für den Fall der Fluoreszenz ist es nämlich möglich, die Moleküle für biophysikalische Chemie, Göttingen
nacheinander zum „Leuchten“ zu bringen, sodass ihre Signale und Direktor Max-Planck-Institut
getrennt aufgenommen werden können. Die Überführung der für medizinische Forschung, Heidelberg
Moleküle in „An“- und „Aus“-Zustände war hierbei der Schlüs-
sel. Aus den verwaschenen Bildern der klassischen Mikroskopie
wurden so immer schärfere Aufnahmen bis hinunter zu Auf-
lösungen von einigen wenigen Nanometern.
Verständnis des molekularen Aufbaus dieser für vieles so ent-
scheidenden neuronalen Verknüpfungen.
An der weiteren Umsetzung dieser „Resolution Revolution“
waren stets Wissenschaftler aus den unterschiedlichen natur-
wissenschaftlichen Disziplinen beteiligt. In den Verfahren spie-
len physikalische Konzepte mit Ansätzen aus der (Bio-)Chemie,
Biologie bis zum Optical Engineering zusammen. Zur Verbes-
serung tragen auch spannende Entwicklungen in der Compu-
ter-Hard- und Software und Detektortechnik bei.
STED-Nanoskope sind mittlerweile in vielen Ausführungen –
» Proteinverteilungen innerhalb von Kernporen im
von preisgünstig und ultrakompakt bis „cutting-edge“ – kom-
intakten Zellkern, abgebildet im beugungsbegrenz-
merziell erhältlich und erobern den Markt. Wer möchte noch
ten Konfokalmikroskop (Bereich links unten) und
das Risiko eingehen, mit einem herkömmlichen konfokalen Mi-
im STED-„Nanoskop“ (oben)
kroskop wichtige Details zu verpassen, wenn doch die Nano-
auflösung so leicht bedienbar und ohne Aufpreis verfügbar ist?
Das Innere von Zellen und Geweben kann so seither in vielen
neuen Details analysiert werden. Die Fluoreszenz-Bildgebung auf Sehr bald werden Systeme dazukommen, die auf dem revo-
der Nanoskala ist – abhängig von der Markierungsmethode – lutionären MINFLUX-Konzept basieren. Mit dem MINFLUX-
auch auf lebende Systeme anwendbar und erfährt hier eine Ansatz gelang uns jüngst im Labor ein weiterer Durchbruch
große Nachfrage. Vieles kommt nun in den Bereich des Mög- zur absolut molekularen Auflösung von der Größenordnung
lichen. So hat mein Labor mit der STED-„Nanoskopie“ detailliert der Molekülgröße selbst (ca. 1 Nanometer). Es bleibt spannend,
die Proteinverteilungen in der Synapse im Gehirn von leben- wie MINFLUX und verwandte Ideen die molekulare Bildgebung
den Mäusen abbilden können – ein Schritt zu einem besseren weiter verändern werden.
Trendreport 2019 | Photonik
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Weltweite Photonik
„Made in Germany“
Optische Technologien aus Deutschland sind
die Lösung für vielfältige Herausforderungen
in Industrie und Forschung
Das Produktspektrum der Photonik reicht von Mikroskopen zur Erforschung
des Nanokosmos bis hin zur globalen optischen Nachrichtenübertragung mit-
tels Lichtleitfaser und Satellit. Mit innovativen High-End-Produkten sind die
deutschen Hersteller dabei in zahlreichen Anwendungsfeldern der Photonik
weltweit führend.
In diesem Trendreport lesen Sie, welche starke Rolle die Photonik bei aktuel-
Dr. Bernhard Ohnesorge
len Themen wie der Digitalisierung, Industrie 4.0 und den Quantentechno-
Geschäftsführer
logien spielt, wie dynamisch sich der Photonik-Weltmarkt entwickelt und wie
Carl Zeiss Jena GmbH
unsere SPECTARIS-Verbandsmitglieder von den Dienstleistungen profitieren.
Vorsitzender des SPECTARIS-
Ich wünsche Ihnen eine spannende Lektüre.
Fachverbandes Photonik
Die Themen dieses Reports:
» Photonik und Digitalisierung
» Quantentechnologien auf dem
Weg vom Labor in die reale Welt
» Green Photonics:
Photonik & Nachhaltigkeit
» Steuerliche Forschungsförderung
» Photonik-Marktzahlen
» Wo steht die Photonik heute?
» SPECTARIS auf einen Blick
» SPECTARIS-Mitglieder in der Photonik
» Produktgruppen & Anwendungsfelder
» Ihre SPECTARIS-Ansprechpartner
Trendreport 2019 | Photonik
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Photonik und Digitalisierung
Bei der Digitalisierung ist die Photonik die Schnittstelle
zwischen realer Welt und Cyber-Welt. Photonische Technologien
liefern dafür präzise Daten in Echtzeit.
D
ie Digitalisierung der Industrie, auch als Industrie 4.0 ökonomischen Aspekten werden in der Allianz 3Dsensation
bezeichnet, verspricht Effizienzgewinne im deutlich untersucht. Durch innovative 3D-Technologien sollen Ma-
zweistelligen Bereich. Die Photonik ist dabei an vie- schinen die Fähigkeit der visuellen Aufnahme und Interpreta-
len Stellen gefordert: Sie muss schnell und kosteneffizient tion komplexer Szenarien erlangen. Maschinen werden so zu
eine Vielzahl von Daten liefern. Die Daten müssen genau, situativ agierenden Partnern und personalisierten Assistenten
reproduzierbar und standardisiert erzeugt werden. Das des Menschen.
treibt Innovationen voran und neue Märkte entwickeln sich.
» Messtechnik
Die nächste Welle der technischen Revolution kommt und sie
hat viele Seiten: Produktionsabläufe werden harmonisiert, ganze Ein wichtiger Teil des Konzeptes von Industrie 4.0 ist die Indi-
Werke digital vernetzt. Maschinen und Prozesse werden virtuali- vidualisierbarkeit einzelner Produkte bis hinunter zu Losgröße
siert, Produkte erhalten digitale Zwillinge. So wird jeder Schritt eins. Das führt zu höheren Anforderungen an die Prozess- und
simulierbar, man kann in der Produktion Abweichungen verfol- Qualitätsüberwachung: Möglichst alle Teile in allen Prozessen
gen und Problemlösungen finden. Am Ende führt die Digitali- werden geprüft und laufend dokumentiert.
sierung zu höherer Auslastung und höherer Qualität.
Der Maschinenbauer Trumpf in Ditzingen ist ein Vorreiter
Um alle Vorteile nutzen zu können, empfiehlt sich eine Digita- der Digitalisierung. Für das Laserschweißen zum Beispiel bie-
lisierung auf allen Ebenen: Es beginnt bei der Auftragsbearbei- tet Trumpf eine Einschweißtiefenüberwachung, bei der im
tung und setzt sich in der Fertigung fort, wo alle Prozessdaten Schweißprozess kontinuierlich die Tiefe der Schweißnaht ge-
erfasst werden und jeder Prozess für jedes Teil verfolgbar wird. messen wird. Damit ist eine hundertprozentige Kontrolle ent-
Ziel ist eine Optimierung der Produktivität sowie die Nach- lang jeder Naht gewährleistet.
verfolgbarkeit jedes einzelnen Prozesses für jedes Teil. Die
Optimierung kann auch automatisiert werden, sodass sich Pro-
zesse selber regeln.
» Mensch-Maschine-Interaktion
» Es ist an der Zeit, die Chancen der
Digitalisierung und neuer Fertigungs-
Der Mensch wird aus diesen Abläufen nicht verbannt, aber sei-
ne Rolle ändert sich. Maschinen können präzise auch eintönige technologien zu nutzen. Nicht nur
Abläufe wiederholen, die Stärke der Menschen liegt eher im große deutsche, sondern auch kleine
Verständnis komplexer Situationen. Dabei rücken Mensch und und mittlere Unternehmen müssen sich
Maschine in Zukunft durchaus näher zusammen. fragen, ob sie für die digital
vernetzte Zukunft gerüstet sind.
Konkret kann das zum Beispiel heißen, dass der Schutzbereich Wenn die Antwort nein ist, müssen
um einen Industrieroboter aufgehoben wird, wenn ein bestimm- sie heute mit diesem Transformations-
ter Mitarbeiter das Areal betritt. Die Maschine reagiert auf Ges-
ten des Bedieners, die Kommunikation ist intuitiv und sicher.
prozess beginnen. «
Gestensteuerung als Beispiel lässt sich nicht nur in der Pro- Dr.-Ing. Mathias Kammüller
duktion sondern auch im Gesundheitswesen, im Auto oder im Chief Digital Officer (CDO)
Sicherheitsbereich anwenden. Mitglied der Gruppengeschäftsführung
Trumpf Gruppe
Derartige Abläufe mit ihren psychologischen, technischen und
Trendreport 2019 | Photonik
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» Big Data in der Optik Generation mit EUV-Belichtung sogar 100 %. Dahinter stehen
massive Entwicklungsaufwendungen und ein großes Netz aus
Beim Zeiss Symposium „Optics in a Digital World“ haben schon Zulieferern wie Zeiss SMT, Berliner Glas oder Trumpf. Letztere
2016 viele Experten aufgehorcht: Big Data ist keinesfalls nur liefern mit dem 40 kW Laser im EUV-Stepper den stärksten je in
ein Thema für Informatiker. Vielmehr ermöglicht die Kombi- Serie gefertigten Laser.
nation klassischer optischer Verfahren mit den Möglichkeiten
moderner Soft- und Hardware verschiedenste Innovationen. Ein Die Fraunhofer-Gesellschaft startet derweil die Entwicklung
Beispiel ist Computational Imaging, bei dem optische Funktio- einer neuen Lasergeneration: Im Fraunhofer Cluster of Excel-
nalität durch Softwarekomponenten ergänzt oder ersetzt wird. lence Advanced Photon Sources CAPS arbeiten Experten aus
Machine Learning ist ein Prozess, wo optische Sensorik Daten 13 Fraunhofer-Instituten an Multi-kW-Ultrakurzpulslasern. In
bereitstellt, die digitale Lernprozesse zum Beispiel beim auto- Aachen und Jena entstehen dafür Applikationslabore, in denen
nomen Fahren ermöglichen. die Fraunhofer-Experten mit Partnern aus Industrie und For-
schung mit den neuen Strahlquellen und der dazugehörigen
Wirklich offensichtlich aber wird der Zusammenhang bei op- Systemtechnik arbeiten können. Schon 2019 sollen Systeme mit
tischen Verfahren, die wie bei der Computertomographie 3D bis zu 10 kW für neue Anwendungen in Bereichen wie Produk-
oder, mit spektralen Komponenten, sogar 4D-Datensätze aus tion, Gesundheit und Bildgebung zur Verfügung stehen.
einer Messung liefern. Hier ist moderne Software die entschei-
dende Voraussetzung, um aus der Datenfülle die eigentliche » Additive Verfahren
Information für den Nutzer aufzubereiten.
Eine spezielle Form der Anwendung von Licht als Werkzeug
» Licht als Werkzeug sind additive Verfahren, bei denen Metallpulver mit dem Laser
so bearbeitet wird, dass Metallstrukturen entstehen, die denen
Auch als echtes Werkzeug bedient Licht in der modernen In- aus klassischen Gussverfahren oder zerspanender Bearbeitung
dustrie einen großen Markt, und der wird – verglichen mit in nichts nachstehen.
dem konventionellen Maschinenbau – weiter überproportional
wachsen. Bei diesen Verfahren geht es heute vor allem darum, einen höhe-
ren Durchsatz zu erreichen. Ein vielfach preisgekröntes Team des
Nach Angaben von Arnold Mayer, Optech Consulting, ist im Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT und der RWTH Aachen
Jahr 2018 der globale Markt für Maschinen zur Lasermaterialbe- hat dafür das „Extreme Hochgeschwindigkeits-Laserauftrag-
arbeitung um 17 % gewachsen, in Europa waren es sogar über schweißen EHLA“ entwickelt. Beim EHLA-Verfahren schmilzt
20 %. Ein wesentlicher Treiber dabei ist nach wie vor die Auto- der Laser die Pulverpartikel bereits oberhalb des Schmelzbades
mobilbranche, der Übergang zur Elektromobilität schafft dabei auf. So wird die aufgetragene Schicht reiner und glatter, die Ge-
viele Chancen, da die Laser sowohl bei der Batteriefertigung schwindigkeit ist mit 50 bis 500 Meter pro Minute wesentlich
als auch beim Antriebsstrang viele Einsatzmöglichkeiten haben. höher als bisher.
Auch in der Halbleiterbranche ist mit dem Laser eine Erfolgsge- Bei Siemens in Berlin nutzt man ein anderes Verfahren, dort wer-
schichte möglich geworden: ASML rüstet die Chipfabriken mit den Teile für Gasturbinen jetzt serienmäßig mit dem 3D-Drucker
Lithografiesystemen aus. Das sind die Maschinen, auf denen die hergestellt. Derzeit sind dort 15 Komponenten für die Herstel-
Mikroprozessoren und Speicherchips hergestellt werden. Der lung oder Reparatur mit dem 3D-Drucker zugelassen. Die Zahl
Marktanteil von ASML beträgt heute 85 %, bei der neuesten soll bis 2025 auf 200 steigen.
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Quantentechnologien auf dem
Weg vom Labor in die reale Welt
Mit mehr als einer Milliarde Euro will Europa
Quantentechnologien in Forschung und Industrie fördern
G
efördert von der EU und von der deutschen Bundes- nik bis in die Rüstung, von der Medizintechnik bis in die Bau-
regierung läuft die Forschung in den verschiedenen branche. Entsprechend groß ist auch das politische Interesse
Bereichen der Quantentechnologien auf Hochtou- an den Quantentechnologien. China hat mit einem milliarden-
ren. Die Aussichten sind hervorragend: Neben einer neuen schweren Forschungsprogramm und dem ersten Satelliten zur
Computergeneration und abhörsicheren Datenleitungen Übertragung quantenverschlüsselter Signale viel Aufsehen er-
werden Fortschritte bei der Satellitennavigation ebenso er- regt, Europa und Amerika legen jetzt nach.
wartet wie in der Medizin.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung hat in der
Mit der Entwicklung der Quantentheorie vor etwa hundert Jah- aktuellen Legislaturperiode 650 Millionen Förderung für „den
ren wurden Wissenschaftler wie Albert Einstein weltberühmt. Übergang der Quantentechnologien von der Grundlagen-
Sie legten die Grundlagen für das, was wir heute die erste forschung bis hin zur Vermarktung“ eingeplant. In der EU wurden
Quantenrevolution nennen. Das Internet, unsere Smartphones die Quantentechnologien sogar zum Flaggschiff-Projekt ernannt
und auch die moderne Luftfahrt wären ohne sie – europaweit sollen in diesem Rahmen über 10 Jahre verschie-
nicht möglich. dene Teilprojekte mit insgesamt einer Milliarde Euro unterstützt
werden. Dabei sollen dauerhaft europäische Exzellenzzentren
Die modernen Laser, die das schnelle etabliert werden, die auf ihrem Gebiet weltweit führend sind.
Internet befeuern, beruhen auf einem
klassischen quantenmechanischen Ef- » Quantenkommunikation
fekt. Inzwischen sprechen die Wissen-
schaftler schon von einer neuen, einer Die Verschränkung von Photonen ermöglicht es, Signalsequen-
zweiten Quantenrevolution. Sie ba- zen zu versenden, die nur einmal gelesen werden können. Auf
siert auf der Präparation einzelner diese Weise können abhörsicher Quantenschlüssel verteilt wer-
Quantenzustände, zum Beispiel von den, die eine neue Qualität bei der Sicherheit im Datentransfer
einzelnen Photonen oder Photonen- versprechen.
paaren. Sie können verschränkt sein,
also eine Fernbeziehung aufweisen, bei Im Mai 2019 wurde dafür in Deutschland das Projekt QuNET
der ein Teilchen seinen Zustand erst dann gestartet, mit dem Forschung und Industrie gemeinsam ein
fixiert, wenn das andere gemessen wird. Das wi- ausgedehntes Netzwerk für die sichere Quantenkommuni-
derspricht unserer Erfahrung, lässt sich aber mathema- kation aufbauen wollen. Ziel ist die sichere Kommunikation
tisch elegant beweisen. von Regierungsorganisationen. Neben Instituten der Fraun-
hofer- und der Max-Planck-Gesellschaft werden sich auch
Möglich wurde die neue Quantentechnik durch die Entwicklung Firmen wie die Deutsche Telekom, ADVA Optical Networking
von extrem präzisen Lasern, hochempfindlicher Messtechnik und Tesat-Spacecom beteiligen.
und hochreinen Materialien, in denen die Photonen erzeugt,
gespeichert oder übertragen werden. Zum Beispiel ist die Fähig- » Quantencomputer
keit, einzelne Photonen sicher zu detektieren, eine technische
Meisterleistung, durch die die neue Quantentechnologie über- Quantencomputer funktionieren völlig anders als unsere heu-
haupt erst möglich wurde. tige Technik: Anstelle von Bits und Bytes nutzen Sie Quanten-
zustände oder Qubits, die miteinander interagieren können.
» Milliarden für Forschung und Entwicklung Wenn es gelingt beispielsweise Optimierungsaufgaben in
Quantenzustände zu übersetzen, dann bieten Quantencompu-
Das wirtschaftliche Potenzial der neuen Quantentechnologien ter die Chance, viel schneller als mit herkömmlicher Technik zu
ist riesig. Die Anwendungen reichen von der Computertech- einer Lösung zu kommen.
Trendreport 2019 | Photonik
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Wissenschaftler gehen davon aus, dass schon Quantencompu- Die Entwicklung steht jedoch erst am Anfang. In den nächsten
ter mit nur 50 Qubits Berechnungen ausführen können, die für Jahren ergeben sich erhebliche Chancen für Photonenquellen,
heutige Großrechner zu komplex sind. optische Komponenten, Integrationstechnik, Messgeräte und
viele weitere Basistechnologien.
Das Rahmenprogramm der Bundesregierung „Quantentechno-
logien – von den Grundlagen zum Markt“ sieht Quantencom- Nach Angaben der Bundesregierung werden zur Zeit in
puter als „die weitreichendste Innovation der quantentechno- Deutschland jährlich etwa 100 bis 150 Mio. Euro für Labor-
logischen Anwendungen“. ausstattung im Bereich der Quantentechnologien investiert.
Dabei entsteht überwiegend aus der universitären Grundlagen-
Die technischen Herausforderungen sind vorher noch zu bewäl- forschung heraus bereits eine Anzahl kleiner und mittlerer
tigen. Bislang wurden Qubits vor allem in Form von einzelnen Unternehmen, die in diesem speziellen, meist auf hochspeziali-
gekühlten Ionen realisiert. Quantenpunkte, gekühlte Atome sierte Kleinserien ausgerichteten, internationalen Markt erfolg-
oder auch Kernspins in Festkörpern sind weitere Vorschläge reich tätig sind.
zur Realisierung. Photonen eignen sich sehr gut als bewegliche
Qubits, die sowohl in Glasfasern als auch in der Luft übertragen Nach einer Studie der amerikanischen Firma Inside Quantum
werden können. Technology dürfte der Markt für Quantensensoren schon 2023
die Grenze von einer Milliarde Dollar überschreiten.
Die Experten erwarten mehrere Generationen von neuer Tech-
nik bis etwa in 2030 eine Marktgröße von über 50 Milliarden
Dollar (Boston Consulting Group) erreicht werden kann.
» Quantensensorik Allein der Markt für Laser für
Quantentechnologien ist von
Ihrer Natur nach sind Quantenzustände sehr fragil und reagie-
27 Millionen Dollar (2015) auf
ren äußerst empfindlich auf verschiedene Umwelteinflüsse. Das
lässt sich für eine quantenbasierte Messtechnik nutzen. Grund- 87 Millionen Dollar im Jahr 2018
größen wie Zeit, Druck, Temperatur oder auch die Position, Ge- gewachsen (Laser & Photonics
schwindigkeit und Beschleunigung von Körpern lassen sich so
Marketplace Seminar 2018).
in extrem hoher Genauigkeit bestimmen.
Während dieses Wachstum noch
Schon heute werden Quantenzustände in Atomuhren für die wesentlich von akademischen
Zeitmessung mit allerhöchster Genauigkeit genutzt. Auch Ver-
Kunden getrieben ist, kann mit
fahren zur medizinischen Bildgebung wie MRT oder PET nutzen
Quanteneffekte. dem Einstieg industrieller
Kunden eine Vervielfachung des
Ein wichtiges System für Quantensensoren sind Stickstoff- Marktes erwartet werden.
Fehlstellen in künstlichen Diamanten. Die Firma Bosch beispiels-
weise arbeitet daran, aus diesen kleinen Kristallen hochemp-
findliche Magnetometer zu bauen.
Neue Möglichkeiten ergeben sich auch bei Abbildungsverfah-
ren (Quantum imaging), so wurde am Fraunhofer IOF kürzlich
demonstriert, wie sich mithilfe von Quanteneffekten Objekte
mit einer Wellenlänge beleuchten und mit einer anderen –
quantenmechanisch verbundenen – auf der Kamera abbilden
lassen. Solche Verfahren erlauben den Zugang zu optischen Re-
gionen für die kein Detektor existiert oder auch erhebliche Fort-
schritte in der Mikroskopie. Experten der Firma Zeiss erwarten
solche Systeme in 5 bis 10 Jahren als kommerzielles Produkt.
» Basistechnologien und Märkte
Schon heute sind einzelne technische Systeme für den Auf-
bau von Quantentechnologien verfügbar: Hochpräzise Laser-
systeme oder extrem empfindliche Sensoren und Kameras wer-
den von verschiedenen Firmen angeboten.
Trendreport 2019 | Photonik
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Green Photonics:
Photonik & Nachhaltigkeit
Hightech-Lösungen der Photonik für den Schutz von Umwelt und Ressourcen
D
er Schutz des Klimas ist eine der wichtigsten Heraus-
forderungen unserer Zeit. Die ersten Vorboten der
dramatischen Folgen einer Erderhitzung lassen er-
ahnen, welchen Preis wir alle zahlen, wenn wir zu spät
oder zu zaghaft handeln. Dabei sind Technologien zur
Begrenzung des Temperaturanstiegs vorhanden.
» Ökologisch nachhaltig
Mike Bähren
Die Innovationen der Photonik ermöglichen es aufgrund ihrer
Redaktionsleitung der Studie
Eigenschaften, Einsatzmöglichkeiten oder Wirkungsweisen, öko-
zu Green Photonics
logische, gesellschaftliche und wirtschaftliche Aspekte des
SPECTARIS
Klimaschutzes miteinander zu vereinigen und damit eine Akzep-
tanz von allen Seiten zu erreichen. So tragen sie maßgeblich zur
ökologischen Nachhaltigkeit bei, etwa durch einen verringerten
Stromverbrauch, CO2-Ausstoß oder Düngemitteleinsatz, durch mit dem Fraunhofer ILT und dem Fraunhofer-Verbund Light &
die Einsparung von Material oder aufgrund neuer Recyclingpro- Surfaces im Juni 2019 die Studie „Licht als Schlüssel zur globa-
zesse und Technologien für den Umweltschutz. Bereits drei Mal len ökologischen Nachhaltigkeit“ veröffentlicht.
wurden Lösungen der Photonik mit dem höchstdotierten Um-
weltpreis Europas, dem Deutschen Umweltpreis, ausgezeichnet. Der Nachhaltigkeitseffekt der photonischen Technologien ist
in vielen Anwendungsfeldern vielversprechend. Im Bereich des
Um das Potenzial, die Vielfältigkeit und die Inno- Klimaschutzes werden heute satellitenbasierte Laser entwi-
vationsfreude der Photonik als „Enabler“ für ckelt, die global online die Verteilung, Entstehung und Adsorp-
Nachhaltigkeit auch einer breiten Öffentlich- tion von Treibhausgasen vermessen. Dabei ergeben sich auch
keit vor Augen zu führen, haben SPECTARIS Perspektiven, lokale Ereignisse in der Klimaänderung zeitnah zu
und die Messe München in Kooperation erfassen. Landgestützte optische Systeme zur Waldbrandfrüh-
erkennung kommen verstärkt zum Einsatz, pseudosatellitenge-
stützte Systeme stehen in den Startlöchern.
Der Anteil der Sekundärproduktion (Recycling) von Metallen
und anderen Werkstoffen etwa aus Autos oder Mobiltelefonen
kann mithilfe berührungsloser, extrem schneller und präziser
photonischer Verfahren deutlich ansteigen. So werden derzeit
beispielsweise Verfahren zur Zerlegung und Sortentrennung
der Werkstoffe in Handys mit „LIBS“ (Laser-induced break-
down spectroscopy) entwickelt, Systeme zum sortenreinen
Metallrecycling sind bereits im Einsatz.
In der Agrarwirtschaft wird die lokal und temporal aufgelöste
Analyse von Wachstumszuständen durch Photonen zur exakten
lokalen Dosierung von Düngemitteln sowie Herbiziden einge-
setzt. An der Beseitigung unerwünschten Beikrauts durch Laser
wird geforscht.
Trendreport 2019 | Photonik11
Hightech-Lösungen der PHOTONIK für den Schutz von Umwelt und Ressourcen
Auch in der Energiegewinnung, bei der Steigerung der Effizienz
von Solarzellen, in der Energiespeicherung und -wandlung, bei
LICHT
belastbaren und sicheren Batteriezellen sowie bei kompak-
ten elektrischen Antrieben für die Elektromobilität tragen die
photonischen Technologien zu einer effizienten Fertigung ent-
scheidend bei.
Optische Verfahren zum Verschleiß- und Korrosionsschutz mit
umweltfreundlichen Werkstoffen sind bereits im Einsatz. Die als Schlüssel zur
Fertigung kompakter Hochleistungselektronik wird durch Werk- globalen ökologischen
NACHHALTIGKEIT
stoff-adaptierte Fügeverfahren hoch reproduzierbar. Im Bereich
der Dünnschichttechnologie eignen sich Laser besser als jedes
andere Werkzeug für die wirtschaftliche und umweltfreundli-
che Erzeugung sowie Modifikation extrem dünner, funktionaler
Schichten – beispielsweise für Photovoltaik oder Elektronik.
Bei der Herstellung regenerativ erzeugter Energie wie beispiels-
weise Windenergie ermöglichen photonische Verfahren eine
höhere Effizienz und längere Lebensdauer. Die Optimierung von
Verbrennungsprozessen sowohl klassischer fossiler Brennstoffe Eine Studie von in Kooperation mit
wie auch die Entwicklung entsprechender Turbinen für rege-
nerierbare Energieträger werden insbesondere durch Laser- Anwendungsbeispiele | 1
Auftragsverfahren höchsttemperaturfester Werkstoffe und
Präzisionsbohrungen für optimierte Kühlströmungen ermög- Die Publikation „Licht als Schlüssel zur
licht. Der CO2-Ausstoß kann so systematisch reduziert werden. globalen ökologischen Nachhaltigkeit“ steht
unter: www.spectaris.de/GreenPhotonics
» Neue Designfreiheit durch 3D-Druck als Download zur Verfügung.
Der 3D-Druck ermöglicht völlig neue Designfreiheit in der
gesamten Produktionstechnik. Leichtbau, Kollisionssicherheit Mobiltelefonen und Computerelektronik. Andere konnten
und Crashverhalten, Stabilität, Recyclebarkeit, Integration von bereits in der Vergangenheit in einem erheblichen Maße zum
Sensorik sind keine Zielkonflikte mehr. Mit einer hochpräzi- Klimaschutz beitragen und haben doch weiterhin ein enormes
sen Prozesskontrolle lassen sich zudem in Echtzeit verfügbare Potenzial. Man denke etwa an die Substitution der Glühbirne
Messergebnisse nutzen, um die laufende Produktion anzupas- durch Energiesparlampen, was nur ein erster Schritt hin zur
sen und Ausschussanteile zu minimieren. jetzigen „LED-Lichtrevolution“ war. Oder an die Photovoltaik
sowie die Kommunikation über Glasfasernetze. Beide Techno-
logien sind bereits weitverbreitet, dennoch steigt der Anteil
Berechnungen zu verschiedenen Einsatz- der Photovoltaik am Energiemix weiter, ebenso wie der Ausbau
gebieten verdeutlichen ausschnittweise das der Breitbandnetze voranschreitet. Und auch in Technologie-
enorme Potenzial der Photonik: Für 2030 feldern, in denen die Photonik ihre Nachhaltigkeit bereits unter
wird ein Klimaschutzbeitrag von mehreren Beweis gestellt hat und das Marktumfeld durch ausgereifte
Milliarden Tonnen CO2 prognostiziert. Produkte und einer Marktsättigung gekennzeichnet ist, stehen
neue, noch effizientere Lösungen bereits in den Startlöchern.
Ein Beispiel dafür sind LED-Fernseher, die in kürzester Zeit
Einige Bereiche stehen dabei noch am Anfang ihres Wachs- die „energiefressenden“ Röhrenfernseher ersetzt haben und
tumspfades, so etwa die optische Waldbrandfrüherkennung, für deren Ersatz beispielsweise die perspektivisch energie-
das lasergestützte Metallrecycling oder das sogenannte Urban ärmeren OLED- oder Quantum-Dot-Displays vor der großflächi-
Mining, also die Wiedergewinnung wertvoller Materialien aus gen Markteinführung stehen.
Trendreport 2019 | Photonik12
Wird die steuerliche
Forschungsförderung bringen,
was man sich von ihr erhofft?
Eine Bewertung des
BMBF-Gesetzentwurfes im Juni 2019
D
ie deutsche Innovationskraft erhält seit vielen Jah-
ren in den verschiedenen Rankings sehr gute Noten
und ist im weltweiten Vergleich stets auf den vor- Dr. Markus Safaricz
dersten Rängen. Und das bisher allein mit Projektförderung Geschäftsführer
(„direkte Forschungsförderung“), also ohne steuerliche Forschungsvereinigung Feinmechanik,
Forschungsförderung („indirekte Forschungsförderung"). Optik und Medizintechnik e. V. (F.O.M.)
Doch seit die Photonik in ihrer Vielfalt zugunsten der Quan-
tentechnologie aus dem Fokus der Programmförderung des
Bundesforschungsministeriums (BMBF) geriet, suchen viele
Unternehmen nach einer neuen Unterstützung ihrer Inno- » Förderfähigkeit von Sprunginnovations-
vationskraft. Kann die geplante Einführung der steuerlichen forschung und Weiterentwicklungen
Forschungsförderung den Förderbedarf decken? » Anrechenbarkeit der Arbeitsaufwände für
extern vergebene Forschungsaufträge
Die Expertenkommission Forschung und Innovation (EFI) emp- » Planungssicherheit
fiehlt der Bundesregierung seit Jahren, die steuerliche For-
schungsförderung einzuführen. Diese würde insbesondere den Das Ziel der Bundesregierung erscheint damit zunächst
kleinen sowie mittleren Unternehmen (KMU) nutzen und deren kompatibel – nämlich, mit der steuerlichen Forschungsförde-
eigene FuE-Investitionstätigkeit anregen, so die Hypothese der rung Anreize vorrangig für kleine und mittlere Unternehmen
EFI-Gutachter. zu setzen, in die eigene Forschung und Entwicklungstätigkeit
mehr zu investieren, ohne die größeren Unternehmen von der
Ab Januar 2020 sollen nun Aufwände für Forschung und Ent- Förderung auszuschließen. Die in Deutschland gemeinsam ge-
wicklung (FuE) steuerlich gefördert werden. So stellt es der dem tätigten FuE-Investitionen sollen so auf insgesamt 3,5 % des
Bundesrat am 23. Mai 2019 vorgelegte Gesetzentwurf der Bun- Bruttoinlandprodukts (BIP) gesteigert werden und hierdurch
desregierung für das neue „Forschungszulagengesetz“ (FZulG) Technologievorsprünge im globalen Wettbewerb gesichert
in Aussicht. oder ausgebaut werden können.
Klar ist, dass in der Wirtschaft ein Ausbau der öffentlichen Der vorgelegte Gesetzentwurf sieht vor, dass alle einkommens-
FuE-Förderung dringend benötigt wird, um im globalen Wettbe- und körperschaftssteuerpflichtigen Unternehmen – ohne
werb um Innovationen bestehen zu können. Doch vergleichen Größenbeschränkung – ab Beginn 2020 für zunächst vier Jah-
wir einmal die ursprünglichen Wünsche und Ziele der Forderun- re FuE-Arbeitslöhne steuerlich geltend machen können. Nach
gen nach Einführung einer steuerlichen Forschungsförderung Ablauf der Wirtschaftsjahre können Forschungszulagen in
mit dem Gesetzentwurf des Bundesfinanzministeriums (BMF). Höhe von 25 % der FuE-Lohnkosten multipliziert mit dem Fak-
tor 1,2 beantragt werden, bis zu einem Fördermaximum von
Die deutsche Industrie erhofft sich die folgenden Mehrwerte 500.000 Euro pro Unternehmen und Jahr.
durch die indirekte Forschungsförderung:
Auftragsforschung soll auftragsnehmerseitig geltend gemacht
» Bürokratiefreien Zugang zu Fördermitteln werden können. Für die vierjährige Pilotphase der steuerlichen
für die eigenen FuE-Aufwände Forschungsförderung sollen 5 Milliarden Euro zur Verfügung
» Themenoffenheit gestellt werden.
Trendreport 2019 | Photonik13
Werden die Wünsche erfüllt? 2. Durch einen resultierenden Rückgang der Forschungsaufträ-
ge aus der Industrie wird dadurch die Ausbildung des Fachkräf-
Nur teilweise! tenachwuchses in Forschungseinrichtungen behindert.
Bürokratiefreier Zugang zu FuE-Fördermitteln: Planungssicherheit:
Nicht gegeben! Teilweise gegeben!
Der Entwurf sieht ein zweistufiges Verfahren zur Überprüfung Erfolgen Beantragung und Ausstellung der genannten Beschei-
der Anrechenbarkeit der Forschungsaufwände und zur Frei- nigung zur Anspruchsberechtigung vor Beginn der FuE-Vor-
gabe der Forschungszulage vor. Mithilfe einer detaillierten Be- haben eines Wirtschaftsjahres, können Unternehmen mit der
schreibung aller geplanten FuE-Tätigkeiten eines Wirtschafts- ausgewiesenen Forschungszulage verbindlich rechnen und er-
jahres, für die Arbeitsaufwände steuerlich geltend gemacht halten hierdurch Planungssicherheit, vorausgesetzt, die in der
werden sollen, ist zunächst eine Bescheinigung einzuholen, in Bescheinigung zugrunde gelegten Sachverhalte haben sich nicht
der festgestellt wird, dass die geplanten Tätigkeiten die Voraus- verändert. Anders verhält es sich bei Abweichungen von Vorha-
setzungen für den berechtigten Anspruch auf steuerliche For- benplänen, für die eine Bescheinigung bereits eingeholt wurde.
schungsförderung erfüllen. Nach Ablauf des Wirtschaftsjahres Zum Beispiel lassen sich bei Verzögerungen im Forschungsver-
ist schließlich ein Antrag auf Forschungszulage zu stellen, in lauf förderfähige Aufwände nicht auf andere Wirtschaftsjahre
dem nachprüfbar zu versichern ist, dass die anzurechnenden übertragen. Die verschobenen Tätigkeiten sind bei der Beantra-
FuE-Tätigkeiten ohne Veränderung der in der Bescheinigung gung der Bescheinigung des Folgejahres erneut zu beschreiben,
zugrunde gelegten Sachverhalte durchgeführt wurden. Dieses was den bürokratischen Aufwand erhöht. Auch bei inhaltlichen
zweistufige Verfahren stellt daher keinen signifikant einfache- Abweichungen der FuE-Tätigkeiten vom bescheinigten Förder-
ren Zugang zur Förderfähigkeit von Forschungs- und Entwick- anrecht ist eine neue Bescheinigung zu beantragen, was erneut
lungsaufwänden dar. den bürokratischen Aufwand erhöht und zur Einschränkung der
Planungssicherheit führt.
Themenoffenheit der förderfähigen Forschung:
Gegeben! » Fazit
Eine inhaltliche Beschränkung der förderfähigen Forschung ist
nicht vorgesehen. Insgesamt weist der vorgelegte Gesetzentwurf in die richtige
Richtung. Ob sich damit aber die Ziele der Bundesregierung
Förderfähigkeit von Sprunginnovationsforschung erreichen lassen, nämlich die Anreizsetzung für private FuE-In-
und Weiterentwicklungen: Gegeben! vestitionen, insbesondere für KMU, kann angezweifelt werden.
Es können die Arbeitsaufwände für Grundlagenforschung, in-
dustrielle Forschung und experimentelle Entwicklung steuerlich Die folgenden Nachbesserungen werden gefordert:
geltend gemacht werden. Die steuerliche Forschungsförderung
unterstützt daher gleichermaßen die Entwicklung von disrupti- 1. Auftraggeberseitige (anstatt auftragnehmerseitige)
ven sowie von inkrementellen Innovationen. Anrechenbarkeit von Arbeitsaufwänden bei unterneh-
mensexterner Vergabe von Forschungsaufträgen zur
Anrechenbarkeit extern vergebener Unterstützung des transdisziplinären Technologietransfers
Forschungsaufträge: Nicht gegeben! und der Ausbildung von Fachkräftenachwuchs.
Die Arbeitsaufwände im Zusammenhang mit an extern For-
schungseinrichtungen vergebene Aufträge können steuerlich 2. Ausstellung von FuE-vorhabenbezogenen (anstatt
nicht geltend gemacht werden, an andere Unternehmen ver- wirtschaftsjahrbezogenen) Bescheinigungen der
gebene Aufträge nur auftragnehmerseitig. Dies unterscheidet Anspruchsberechtigung auf Forschungszulage zur
das deutsche Modell von der Praxis in den meisten anderen Verringerung des bürokratischen Aufwands und zur
Ländern und hat mehrere Nachteile: Ermöglichung einer längerfristigen Planungssicherheit.
1. Während Unternehmen dafür steuerlich belohnt werden, 3. Parallele Ausweitung der themenoffenen innovations-
ihre Forschung im eigenen Unternehmen durchzuführen, wird orientierten IGF- und ZIM-Projektförderung zum dringend
die Auftragsvergabe an Forschungseinrichtungen gehemmt, da benötigten Ausbau der Förderung für vorwettbewerbliche
die Auftragsvergabe per se mit einem Negativanreiz versehen Machbarkeitsstudien und zur Stärkung der Innovationskraft
ist. Der wichtige Technologietransfer zwischen Wissenschaft kleinerer KMU ohne Forschungsabteilungen oder Möglichkeit
und Wirtschaft wird damit ausgebremst. zur privat-finanzierten Vergabe von Forschungsaufträgen.
Trendreport 2019 | Photonik14
Ausgewählte
Forschungsvorhaben der F.O.M.
Für die folgenden vorwettbewerblichen Vorhaben mit Forschungspartnern wird durch die mit SPECTARIS
kooperierende Forschungsvereinigung Feinmechanik, Optik und Medizintechnik (F.O.M.) eine
Projektförderung im Rahmen des BMWi-Programms „Industrielle Gemeinschaftsforschung” (IGF)
beantragt. Beantragtes Fördervolumen insgesamt: 3,39 Millionen Euro.
2019 2020
3D-Polymerdruck von Brillengläsern („Ink-Eye”); Mikroresonatoren für die Point-of-care-Diagnostik
geplanter Projektstart: 07.2019 multiresistenter Erreger („InfektResonator”);
» Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik geplanter Projektstart: 01.2020
und Feinmechanik IOF, Jena » Institute of Precision Medicine der
» Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, Hochschule Furtwangen (IPM HFU)
Würzburg
» Fraunhofer-Institut für Angewandte Ultrahard optical diamond
Polymerforschung IAP, Potsdam coatings („ULTRAHARD”);
geplanter Projektstart: 01.2020
Computergestützte optische Erfassung » Fraunhofer IST, Braunschweig
beeinträchtigter Mitochondrien-Aktivität » Hasselt University, Faculty
in komplexen Geweben („Metabox”); of Sciences, Hasselt, Belgien
geplanter Projektstart: 10.2019
» Core Facility für konfokale und Glaskörpertrübungen: Erfassung durch
Multiphotonen Mikroskopie, Universität Ulm Optische Kohärenztomographie (OCT) und
» Klinik für Neurologie, Universitätsklinikum Ulm Ultrakurzpulslaser Therapie („XFloater”);
» Leibniz-Institut für Altersforschung FLI, Jena geplanter Projektstart: 03.2020
» Laser Zentrum Hannover e. V.
Entwicklung eines Spektralphotometers
für die Qualifizierung komplexer Laser Bonding mit simultaner OCT
optischer Beschichtungen („SpOC”); in-line Kontrolle („LABOR”);
geplanter Projektstart 10.2019 geplanter Projektstart: 03.2020
» Laser Zentrum Hannover e. V. » Laser Zentrum Hannover e. V.
» Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik
Entwicklung einer Schichtchemie zur und Feinmechanik IOF, Jena
Adhäsionsreduzierung von humanen Zellen
auf Traumaimplantaten („LightTraum”); Kontinuierliche Aerosolmessung
geplanter Projektstart: 12.2019 mittels Raman-Spektroskopie („RAeMon”);
» Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik geplanter Projektstart: 03.2020
und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen » Lehrstuhl für Laseranwendungstechnik,
Ruhr-Universität Bochum
Weiterführende Informationen zu den Forschungsvorhaben finden Sie unter www.forschung-fom.de.
Sie möchten zur Ermöglichung der Vorhaben beitragen, einem projektbegleitenden Ausschuss beitreten
oder Projekte durch einen Förderbeitrag zur Deckung der Administrationskosten unterstützen?
Bitte senden Sie eine formlose Mitteilung an info@forschung-fom.de.
Trendreport 2019 | Photonik15
Wir sind SPECTARIS –
wir leben Photonik
Stimmen ausgewählter Mitglieder Patrick Paul
Geschäftsführer
LASER COMPONENTS GmbH
Nationale Interessenvertretung rückt
die Branche in den Fokus: Laser Components
profitiert auf ganz unterschiedlichen Ebenen
Dr. Reinhard Luger von dem Industrieverband. Als Unterneh-
Geschäftsführer men schätzen wir den übergreifenden Infor-
Coherent LaserSystems GmbH & Co. KG mationsaustausch in den Arbeitskreisen
VP der Coherent Inc. – egal ob Personalwesen, Marketing oder
Exportkontrolle, Zoll und Außenhandels-
It was not that long ago that the use of a laser for many praxis. Für unsere Branche ist SPECTARIS
industrial applications was the solution of last resort – in außerdem ein politisches Sprachrohr – so
other words, you took that path only if all other options had steht der Fachverband Photonik nicht nur
been exhausted. Today, we find that lasers and photonics im ständigen Austausch mit den Ministerien
are the go-to solution for a host of cutting-edge applicati- BMWi und BMBF, sondern informiert auch
ons that are tangibly advancing the human condition on an über europäische Initiativen.
unprecedented scale.
The expanding capabilities of these photonics solutions are
accelerating additional advances in their target markets in
a feedback loop the likes of which the industry has never
seen. For vast swaths of humanity, there is hardly an aspect
of their lives which is not touched by a laser or photonics Dr. Christian Pels
solution. As an industry leader, we play a significant part Senior Vice President
in these advances. We’re extraordinarily proud of the role Global Head of Innovation
that we play in this ever-changing ecosystem. Our vision Heraeus Noblelight GmbH
for the future is to continue the work that we began more
than 5 decades ago, which is to enable the success of our
customers, whether they are probing the mysteries of mat- Wir sind sowohl Speziallichtquellen-
ter, diagnosing disease, manufacturing flexible displays, or hersteller als auch Lösungsanbieter. Dabei
being the "secret sauce" in emerging technologies that to decken wir die technisch nutzbaren
the masses is otherwise indistinguishable from magic. Wellenlängen des nicht sichtbaren
For us, that’s the power of photonics. Lichtspektrums ab. Es ist wichtig zu
zeigen, wozu Speziallichtquellen genutzt
werden können und welche Innovationen
in Zukunft mit technischen Lichtquellen
möglich sind. Eine Veranstaltung wie der
Internationale Tag des Lichts schafft
eine Brücke, um mit Anwendern zu
kommunizieren. An der Plakataktion
von SPECTARIS habe wir uns daher
gerne beteiligt.
Trendreport 2019 | Photonik16
Die deutsche
Photonikindustrie in Zahlen
Branchenzahlen Deutschland
Im Jahr 2018 erzielten die rund 1.000 deutschen Photonikhersteller mit ihren rund 138.000 Beschäftigten einen
Umsatz von über 37 Milliarden Euro. Seit Jahren befindet sich die Branche auf einem starken Wachstumskurs.
Das Auslandsgeschäft spielt dabei eine tragende Rolle, die Exportquote liegt bei 72 % – Tendenz steigend.
Auf Lösungen der Bereiche Analysen - und Messtechnik, Produktionstechnik, Medizintechnik und Optische
Komponenten sowie Bauteile entfallen rund 2/3 des Produktionswertes. In diesen Kernbereichen hat Deutsch-
land eine starke Weltmarktposition mit Anteilen zwischen zehn und 16 %.
ca. 1.000
Photonikhersteller
138.000
Beschäftigte
37 Milliarden €
Umsatz
Gesamtumsatz, In-/Ausland (Mrd. EUR)
Beschäftigte (Tsd.)
Gesamtumsatz
39,6
37,1
34,8
31,0 142,1
138,0
28,7 Auslandsumsatz 130,9
124,0
26,7
24,7
21,7
2016 2017 2018 2019e
Inlandsumsatz
9,3 9,9 10,4 10,9
2016 2017 2018 2019 e 1.000 Unternehmen deutschlandweit
» Quelle: Optech Consulting (2016), SPECTARIS (2017 ff.) » e: Prognose
Trendreport 2019 | Photonik17
TOP-5-Zielländer deutscher Photonikausfuhren (Mrd. EUR)
Die Daten beziehen sich auf das Jahr 2018
01 » Vereinigte Staaten 4,4 Die USA und China
sind die wichtigsten
Zielländer der Photonik.
02 » Volksrepublik China 4,1
Innerhalb Europas
dominieren die
03 » Niederlande 2,9 Niederlande.
04 » Frankreich 1,9
05 » Italien 1,6
» Quelle: SPECTARIS, Statistisches Bundesamt
Inlandsproduktion Photonik nach Produktsegmenten
Durchschnittliche jährl. Wachstumsrate p. a. 2011–2018
10 %
Analysen- und Messtechnik
8% Optische Komponenten
& Bauteile
Medizintechnik
6%
Mikroskopie
Produktionstechnik
4%
I/O-Geräte, Displays
2% Augenoptik
0% Beleuchtung (kein Vergleichswert 2011)
-2 %
Kommunikationstechnik
-4 %
0% 5% 10 % 15 % 20 % 25 %
Anteil an der Inlandsproduktion Jahr 2018
» Quelle: SPECTARIS, Statistisches Bundesamt (Jahr 2018 vorläufig)
Trendreport 2019 | Photonik18
Photonik international
Experten rechnen für die kommenden Jahre mit einem jährlichen Wachstum des Photonik-Weltmarktes von
etwa 6–8 %. Vor dem Hintergrund der Tatsache, dass die Photonik eine Schlüsseltechnologie der Digitali-
sierung sowie für viele weitere Zukunftsfelder ist, überrascht diese positive Prognose nicht. Der SPECTARIS-
Weltmarktindex Photonik bestätigt den Trend: Er zeigt im Jahresvergleich 2018 zu 2011 ein Wachstum von
50 %. Es wird erwartet, dass der chinesische Photonik-Markt bis 2022 überdurchschnittlich stark wachsen wird
und spätestens dann der größte Absatzmarkt sein wird. Größter Hersteller ist das Reich der Mitte bereits heute:
Rund 1/3 der globalen Photonikproduktion stammt aus China.
Index 2011–2018 China: 1/3 der Wachstumsprognose
+ 50 % Photonik-Produktion ca. 6–8 % p. a.
weltweit
SPECTARIS-Weltmarktindex Photonik
Basisjahr 2011=100, Indexwert zum Jahresende, 2018 vorläufig
150 In diesem Index
spiegeln sich die
Umsatzentwicklungen
140 von 15 internationalen,
börsenorientierten
Unternehmen der
130 Branche wider.
120
110
100
90
2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018
SPECTARIS-Weltmarktindex Photonik globales BIP-Wachstum
» Quelle: SPECTARIS, Internationaler Währungsfond (IWF), eigene Berechnungen
Trendreport 2019 | Photonik19
Weltmarkt Photonik (Mrd. USD) Anteil am Produktionsvolumen Photonik
30 %
800 China
796
+ 8,4 % 20 %
p. a.
600 Europa
Japan
Nordamerika
530 Korea
10 % Taiwan
400
Andere
200
2017 2022 2005 2011 2015
» Quelle: Markets and Markets » Quelle: Photonics21 (Optech Consulting)
Europäischer Photonik-Markt
Marktanteil nach Ländern, 2015
Andere EU28-Länder
13 %
Schweiz
4%
Italien
8%
41 % Deutschland
Frankreich
11 %
10 %
13 %
Großbritannien Niederlande
» Quelle: Photonics21 (Optech Consulting)
Trendreport 2019 | Photonik20
Photonik-Märkte im
internationalen 5-Jahres-Vergleich
+7%
p. a. +8%
p. a.
2022 2022
2017 2017
Europa
Nordamerika
+6%
p. a.
2022
2017
Mittel-/Südamerika
Gesamtmarkt
2022:
796 Mrd. USD
Trendreport 2019 | Photonik21
+9%
p. a.
+8%
p. a.
2022
2022 2017
2017
Mittlerer/
Naher Osten
Asien
Marktgröße 2022 (in Mrd. USD)
» Asien 316
» Nordamerika 251
» Europa 135
» Mittlerer/Naher Osten 60
» Mittel-/Südamerika 34
» Quelle: Markets and Markets (abgeleitete Werte)
Trendreport 2019 | Photonik22
Ausgewählte Wachstumsmärkte
der Photonik
Die Photonik zeichnet sich durch die Vielzahl ihrer Technologien und Anwendungsfelder aus. Viele Lösungen
sind ohne Lasertechnologie nicht denkbar, daher ist diese Technologie einer der Grundpfeiler der Photonik.
Das wertmäßig größte Segment bilden dabei Laser für die Materialverarbeitung und den Halbleiterbereich,
das größte Wachstum zeigen Laser für die Analyse-, Messtechnik sowie Sensorik. Als Anwendungsfeld bietet
das Segment Medizintechnik und Life Science für die Biophotonik weiterhin ein großes Potenzial. Auch in
zahlreichen anderen Bereichen, wie beim autonomen Fahren oder bei Virtual sowie Augmented Reality, kann
die Photonik ihre Stärke ausspielen und profitiert vom Wachstum dieser Märkte.
Weltmarkt für Laser nach Anwendungsfeldern (Mrd. USD)
Die Daten beziehen sich auf das Jahr 2018
Materialverarbeitung, Halbleiter 6,16
Kommunikation, Opt. Speicherung 3,82
F & E, Militär 1,28
Gesamt:
Medizin, Kosmetik 1,03 13,76
Analyse-, Messtechnik, 1,02
Sensorik
Unterhaltung, Displays, Druck 0,45
1 2 3 4 5 6
» Quelle: Strategies Unlimited, Laser Focus World
Weltmarkt für Biophotonik nach Produkttypen
Die Daten beziehen sich auf das Jahr 2018 (Anteile in %)
Bildgebende Verfahren 35 %
Endoskopie 23 %
Spektroskopie 13 %
Medizinische Laser 11 %
Wachstum
Dermatologie/Ophthalmologie 8%
2019–2024
Mikroskopie + 9,1 %
2% p. a.
Biosensoren 2%
Andere Technologien 5%
» Quelle: Mordor Intelligence 5 10 15 20 25 30 35
Trendreport 2019 | Photonik23
Weltmarkt für Virtual/Augmented Reality (Mrd. USD)
161
+ 85,4 %
p. a.
Augmented Reality
+ 44,5 %
p. a.
17,8
2 4 Virtual Reality
2016 2022
» Quelle: Hampleton Partners
Europäischer Virtual/Augmented Starker Anstieg der weltweiten
Reality Markt 2017–2022 (Mrd. USD) Nachfrage nach Automotive LiDAR
12 13,2
2022
Verkaufsvolumen (Mio. Stück)
10
16,84
8
+ 74 %
p. a. 7,4
2017 6
1,06
4
3,5
2
1,9
» Quelle: IDC's Worldwide Semiannual
0
Augmented and Virtual Reality Spending Guide 2005 2017 2019e 2021e » e: Prognose
Wachstumsstärkste VR/AR-Use Cases in Europa
Auch wenn Hard-
Anatomie/Diagnostik 159 % und Softwarelösungen
den Markt für Virtual und
Onlinehandel 151 % Augmented Reality
dominieren, ist das erwartete
Labor-/Feldforschung Hochschulen 128 % Wachstum in anderen
Anwendungsbereichen
Therapie/physikalische Rehabilitation 123 % deutlich höher.
Videokonferenzen/interne Kommunikation 117 %
Stationärer Handel 108 %
» Quelle: IDC's Worldwide Semiannual 50 100 150 Wachstum p. a. 2017–2022
Augmented and Virtual Reality Spending Guide
Trendreport 2019 | Photonik24
Photonik 4.0
Das SPECTARIS-Forum zur Rolle optischer
Technologien bei der Digitalisierung
W
eltweit erleben wir die rasante Digitalisierung
von Prozessen in fast allen gesellschaftlichen
Treffpunkt der Branche
und wirtschaftlichen Bereichen. Mittlerweile er-
möglichen mobile Endgeräte den Zugang zur vernetzten Jedes Jahr im Herbst treffen sich Industriemanager,
Welt in nahezu allen Situationen und an allen Orten. Opti- Wissenschaftler und Vertreter der Politik in Berlin, um
sche Technologien – insbesondere die optische Übertra- sich über einen Schwerpunkt von PHOTONIK 4.0 zu
gung von Daten über Lichtleitfasern rund um die Erde – informieren sowie zu diskutieren. Die Ergebnisse der
bilden dafür das Rückgrat. Foren gehen regelmäßig in Positionspapiere und wei-
tere Verbandsaktionen ein.
Unter dem Stichwort „Industrie 4.0“ arbeitet die deutsche Indus-
trie aktiv daran, auch die Herstellungs- und Dienstleistungsbe-
reiche digital zu verknüpfen. Photonik-Lösungen in der Bildver-
arbeitung, Sensorik und Messtechnik sind dabei „Augen“ und
„Tastsinn“, durch die die präzise kontaktlose Erfassung größter
Datenmengen in Echtzeit erst möglich wird. Auch bei der Rück-
übersetzung von digitalen Daten in reale Prozessschritte spielt die
Photonik dank computergesteuerter Lasermaterialbearbeitung
und generativer Produktionsverfahren eine entscheidende Rolle.
Um die besondere Rolle der optischen Technologien bei der
Digitalisierung der Wirtschaft zu erfassen und zu kommunizieren,
hat SPECTARIS zusammen mit der Wissenschaftlichen Gesell-
schaft Lasertechnik (WLT) das SPECTARIS-Forum PHOTONIK 4.0
geschaffen.
PHOTONIK 4.0 im Medizinbereich PHOTONIK 4.0 im Produktionsbereich
Optische Bildgebung Mensch-Maschine-Interaktion
Bilder in hoher räumlicher und Die Verarbeitung von 3D-Bilddaten
spektraler Auflösung ermöglichen nahezu in Echtzeit macht das gemein-
schnelle sowie zuverlässige Diagnosen same sichere Arbeiten von Mensch und
und Behandlungen. Roboter möglich.
Telemedizin Photonische Sensorik
Die audiovisuelle Verbindung von Arzt Mit optischen Methoden lassen sich
und Patient bietet eine schnellere berührungslos und mit höchster
fachmedizinische Versorgung über Genauigkeit eine Vielzahl von
beliebige Distanzen. Produktionsdaten erfassen.
Point of care Generative Verfahren
Kompakte optische Analysegeräte Laser ermöglichen die additive Erstellung
ermöglichen Diagnosen direkt in der von industrietauglichen Leichtbaukompo-
Arztpraxis oder sogar zu Hause. nenten in nahezu unbegrenzter Vielfalt.
Trendreport 2019 | PhotonikSie können auch lesen
