Ya sea en tecnología médica, tecnología cuántica o fabricación de semiconductores, los sistemas ópticos son indispensables en muchas aplicaciones de alta tecnología. Para que lentes, espejos u otros componentes cumplan con los más altos requisitos, se necesitan procesos de fabricación que combinen precisión, eficiencia y flexibilidad. Con la fabricación óptica basada en láser, se pueden producir componentes con forma precisa y funcional con baja rugosidad, desde prototipos hasta series, desde arreglos de microlentes hasta macroópticas, desde esferas hasta ópticas de forma libre.
En el Fraunhofer ILT en Aachen, los láseres no solo se utilizan para cortar o soldar, sino que asumen la fabricación completa de componentes ópticos. Con el grabado láser inducido selectivamente (SLE), por ejemplo, se pueden procesar componentes como lentes en una sola fijación en la parte delantera y trasera, así como en el borde.
Otro método es la ablación láser. Aquí, un rayo láser preciso elimina material de manera selectiva. De este modo, a partir de bloques simples y económicos como cuerpos de vidrio esféricos, se crean formas altamente complejas, como asféricas o ópticas de forma libre, que se utilizan, por ejemplo, en cámaras o sensores.
»Con nuestros procesos láser, llevamos ópticas directamente a la forma, sin rodeos, sin re-fijaciones, rápido y económico«, dice el Dr. Edgar Willenborg, quien ha contribuido significativamente al desarrollo de la fabricación óptica en el Fraunhofer ILT. »Particularmente cuando no solo se requieren esferas simples, alcanzamos la máxima eficiencia.«
Después de la conformación, sigue el acabado: los láseres pulen superficies que aún son rugosas debido al procesamiento previo. El láser calienta la superficie de manera tan delicada que las más pequeñas irregularidades se fusionan, en cuestión de segundos, sin contacto mecánico.
Para requisitos especialmente altos en precisión de forma, Willenborg y su equipo investigan el llamado Figurado de Haz Láser (LBF). Aquí, las más pequeñas desviaciones de forma en capas de nanómetros se eliminan y corrigen de manera selectiva, es decir, millonésimas de milímetro, lo que es crucial, por ejemplo, en ópticas de alto rendimiento.
Además de la conformación y el pulido, el Fraunhofer ILT también desarrolla procesos para el montaje de sistemas ópticos. Esto incluye el pegado o soldadura precisa de componentes, para que permanezcan estables bajo carga y funcionen de manera confiable durante mucho tiempo.
»Ya sean asféricas, formas libres o lentes clásicas: demostramos que el procesamiento basado en láser no solo funciona, sino que también tiene sentido económico«, explica Christian Vedder, jefe de departamento de tecnología de superficies y eliminación de forma.
Áreas de aplicación versátiles - desde la investigación hasta la producción en serie
La fabricación óptica basada en láser en el Fraunhofer ILT no solo es tecnológicamente emocionante, sino que también muestra en la práctica lo que es posible. Los procesos desarrollados pueden aplicarse en cualquier lugar donde se requieran precisión media, alta eficiencia y automatización, por ejemplo, en tecnología médica, donde se necesitan lentes pequeñas para endoscopios o dispositivos de diagnóstico, o en tecnología cuántica, donde se crean estructuras complejas de vidrio que guían y manipulan la luz. También en la industria de semiconductores, estos componentes ópticos juegan un papel importante, por ejemplo, en la fabricación de estructuras finas en microchips.
Otra ventaja: las tecnologías se pueden ajustar de manera flexible, según el material, la forma o la cantidad. Ya sea una pieza única para un laboratorio de investigación o una serie más grande para aplicaciones industriales, la combinación de los diferentes procesos láser crea un conjunto que se puede ajustar exactamente a la aplicación.
A esto se suman procesos de apoyo como el marcado y etiquetado basado en láser de componentes ópticos o el corte de vidrio, por ejemplo, en la fabricación basada en obleas. De este modo, se pueden representar todos los pasos a lo largo de la cadena de valor, desde la primera idea hasta el producto final.
»Nuestras tecnologías son especialmente solicitadas cuando los métodos convencionales llegan a sus límites, por ejemplo, en ópticas asféricas y geometrías complejas de vidrio«, dice Edgar Willenborg.
Investigación y colaboración - pensando juntos en la fabricación óptica
Las demandas de los componentes ópticos están aumentando constantemente en precisión, complejidad y cantidad. Al mismo tiempo, crece la necesidad de soluciones flexibles y económicas que se puedan adaptar rápidamente a nuevas aplicaciones.
En un equipo interdisciplinario, más de 15 investigadores desarrollan constantemente nuevos enfoques para hacer que la fabricación basada en láser de componentes ópticos sea aún más precisa, rápida y versátil. No se trata solo de investigación básica, sino sobre todo de la transferencia a la fabricación industrial.
Una parte importante de este trabajo son las estrechas colaboraciones con socios de la industria. Junto con empresas de diversas industrias, los investigadores prueban nuevos procesos y cadenas de procesos, adaptados y hechos utilizables para la producción. A menudo, surgen soluciones a medida para tareas concretas.
En el futuro, no solo se tratará de perfeccionar los métodos conocidos, sino también de explorar nuevos materiales y diseños. La combinación de diseño óptico digital adecuado para la fabricación y métodos de fabricación basados en láser abre completamente nuevos espacios de diseño. Así pueden surgir componentes que no podrían fabricarse o solo con gran dificultad mediante métodos clásicos, como ópticas especialmente compactas o integradas para dispositivos portátiles o para su uso en el espacio.
También se ampliará la integración en procesos de fabricación automatizados y la conexión con técnicas de medición modernas. Esto permitirá combinar calidad y eficiencia aún mejor, en el sentido de una producción sostenible y futura.
»La combinación de diseño digital y fabricación basada en láser permitirá muchas más posibilidades en el futuro, especialmente para productos individualizados«, está seguro Edgar Willenborg. En breve, los investigadores de Aachen quieren alcanzar los más altos requisitos de precisión con la cadena de procesos para la fabricación óptica basada en láser. El láser es la herramienta perfecta para ello.
Fraunhofer ILT en la LASER World of PHOTONICS en el pabellón A3, stand 431.
Contacto:
www.ilt.fraunhofer.de
