Na 8. workshopu UKP Ultrafast Laser Technology se 8. a 9. dubna v Aachenu sešlo 120 odborníků z 22 zemí. Název již naznačuje: tento workshop se zaměřuje na generování a aplikaci laserových pulsů v oblasti pikosekund (ps) a femtosekund (fs). Tyto laserové pulsy mohou zpracovávat prakticky jakýkoli materiál. Výzkum a vývoj v posledních letech opět učinily velké pokroky v generování a aplikaci, takže se odborné diskuze v tomto roce kromě nových aplikací většinou točily kolem škálování procesů.
Škálování s větší silou a více vlnovými délkami
V současnosti jsou k dispozici průmyslové laserové zdroje s výkonem až 1000 wattů, například od systémového dodavatele TRUMPF. Tento laser s pulzními energiemi až 10 mJ při pulzních délkách pod 1 ps je k dispozici v aplikační laboratoři Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS na Fraunhofer ILT nebo přímo u TRUMPF v Schrambergu pro testování.
U vlnových délkách laserových systémů existuje trend směrem k ultrafialovému (UV) a hlubokému UV (DUV), diskuse se točila kolem výhod menšího ohniska a odstraňování transparentních materiálů. Aplikace na trhu spotřební elektroniky, zejména výroba displejů, posouvají další vývoj vpřed. Dosud dominují excimerové lasery, ale lasery na pevných látkách s ultrakrátkými pulzy (UKP) jsou na vzestupu, jak bylo slyšet od společnosti Coherent.
Společnost Light Conversion na workshopu poskytla zajímavé údaje o výkonu a životnosti různých laserů. Z více než 10 000 hodin u 30 W UV systému se přehled dostal až na téměř 30 minut při testech na generování vlnové délky 172 nanometrů, což odpovídá 6. harmonické.
Nový systém od EKSPLA vzbudil pozornost, protože dodává ns- a fs-pulzy z jednoho laseru. Pulzy jsou synchronizovány se zdrojem, uživatelé mají možnost volně nastavit délku a interval pulzů. "To je jako hrubování a jemné obrábění na stroji," poznamenal jeden účastník. Systém EKSPLA také umožňuje velmi flexibilní programování MHz a GHz burstů. Před několika lety byly ještě tématem základních přednášek – nyní patří ke standardu moderních UKP zdrojů.
Vzhledem k tomu, že odborníci v posledních letech lépe porozuměli procesům v materiálu, zaměřuje se nyní workshop více na systémovou techniku. Zvláštní pozornost letos získalo téma tvarování paprsku. Hamamatsu nabízí nový LCoS modulátor (Liquid Crystal on Silicon), který díky použití safíru vydrží výkon až 700 wattů, resp. 3 kW/cm². Uživatelé tak formují paprsky téměř libovolně – profil kroužku a profil top-hat jsou jen dva příklady. Také vytvářejí multipaprskové profily nebo korigují aberace.
Podobné modulátory na bázi mikroelektromechanických systémů (MEMS) představila společnost Silicon Light Machines. Jsou rychlejší (100-500 kHz obnovovací frekvence) než modulátory LCoS, snesou až 10 kW/cm², mají však nižší rozlišení. Kdo nepotřebuje flexibilitu modulátorů, sáhne po difraktivních optických prvcích (DOE), které kombinují vysoké rozlišení s vysokým destrukčním prahem. HOLO/OR prezentoval jejich výhody a nevýhody v aplikaci se skenovacími systémy.
Tyto také učinily značné pokroky. Polygonscanner od MOEWE z Mittweidy dosahuje odchylkové rychlosti laserového paprsku až 1000 m/s. Vývojáři museli vyřešit centrální problém: zpracování obrovských objemů dat až 38 GB na čtvereční metr pracovní plochy, které vznikají například při rychlém gravírování. U tiskových válců s plochou přes 100 čtverečních metrů se proto zaměřili na segmentované plochy. Odborníci očekávají, že pro takové aplikace dojde k výraznému zvýšení produktivity díky použití výkonnějších zdrojů paprsku.
Společnosti jako SCANLAB a AEROTECH cíleně kombinují skenery, akusto-optické modulátory a osové systémy, aby využily silné stránky jednotlivých systémů pro vyšší průchodnost. Očekávají, že kaskádováním komponentů dosáhnou vyšších pracovních cyklů procesu, což povede k vyšší produktivitě.
Martin Reininghaus představil s vícestřelovými stroji od Pulsar Photonics další způsob, jak zvýšit produktivitu. Pulsar vyvinul vedle vícestřelové hlavy také koncept multi-skeneru a multi-skenerové hlavy. Vícestřelové hlavy jsou vhodné pro vysoce produktivní výrobu periodických struktur, zatímco u multi-skenerových uspořádání může každý skener fungovat nezávisle. To však představuje výzvu při rozdělování velkých objemů dat a laserových pulsů ve správný čas různým skenerům.
Jak důležitá je inline procesní kontrola, ukázal Florian Lendner z GFH. Díky důslednému sledování procesních a environmentálních parametrů jeho tým identifikoval dlouhodobý drift, který mohl být vyrovnán automatizovanou korekční rutinou. Tím se zlepšila tvarová věrnost součástí na ± 1 µm, což dále zvýšilo přesnost mikroobrábění.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) sdílel zkušenosti s mikrosvařováním skla. Schott implementoval proces na úrovni waferu a dosahuje spojení s pevností v šípu přes 50 MPa. Firma využívá technologii v oblasti medicínské techniky. Bezlepidlové spojovací metody tam snižují nároky na schvalování.
Firma Lidrotec cílí se svou speciální aplikací laserových pulsů skrze vrstvu kapaliny na trh polovodičů, aby tam snížila ztráty materiálu při oddělování čipů. Odpovídajícím způsobem Lidrotec připravuje technologii pro velkoplošné aplikace.
Laserová technologie na dosah: »Marketplace« na kampusu
Prohlídka laboratoří Fraunhofer ILT, RWTH "Forschungscampus Digital Photonic Production" a RWTH Aachen – Katedra laserové technologie a RWTH Aachen – Katedra technologie optických systémů nabídla na devíti stanicích příležitost vidět mnoho technologií představených na workshopu naživo. Jednou z prezentovaných aplikací bylo selektivní laserem indukované leptání (SLE). Při tomto procesu zaměřený laserový paprsek vykreslí konturu požadované součásti do skleněného polotovaru, který je následně odhalen prostřednictvím leptacího procesu.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) ukázala v laboratoři a později na workshopu tento proces, jak vyrábí mikro- i makrooptické komponenty jako čočky. Výhodou tohoto postupu je svoboda designu („Complexity for free“) a možnost individualizace. Po vytvoření formy je povrch ještě laserově leštěn. UKP laser může také přímo odstraňovat sklo z povrchu, přičemž je vždy nutné najít kompromis mezi rychlostí procesu a kvalitou povrchu.
Bylo také ukázáno mnoho aktivit kolem tvarování paprsku pomocí tekutých krystalových modulátorů. Příklady poskytli předtím Martin Kratz a Martin Osbild (oba Fraunhofer ILT) k procesu SLE a strukturování povrchu.
Tvarováním paprsku lze snížit sférické aberace, vytvářet multizářivé profily nebo optické razítka, s nimiž lze strukturovat větší plochy najednou. Jak mohou být tyto tvary paprsku co nejlépe generovány pomocí neuronových sítí, demonstroval Paul Buske z RWTH Aachen – katedra technologie optických systémů ve své přednášce.
Otevřený, vysoce specializovaný, orientovaný na budoucnost – workshop UKP 2025
„Je vždy fascinující, jak otevřeně komunita UKP zde hovoří o technických detailech,“ těšil se Dr. Dennis Haasler, vedoucí skupiny na Fraunhofer ILT a předseda workshopu, na závěr 8. workshopu UKP Ultrafast Laser Technology. „Opět se workshop ukázal jako vynikající platforma pro výměnu mezi výzkumem a vývojem a průmyslem,“ doplnil Dr. Christian Vedder, vedoucí oddělení technologie povrchů Fraunhofer ILT.
V centru pozornosti byl letos další rozvoj výrobních procesů, pro které bylo diskutováno mnoho inovací, zejména z oblasti procesní techniky. Další workshop UKP Ultrafast Laser Technology je plánován na 28. a 29. dubna 2027.
Kontakt:
