En el 8º Taller de Tecnología de Láseres Ultrarrápidos, 120 expertas y expertos de 22 países se reunieron el 8 y 9 de abril en Aachen. El nombre ya lo indica: en este taller se trata de la generación y aplicación de pulsos láser en el rango de picosegundos (ps) y femtosegundos (fs). Estos pulsos láser pueden procesar prácticamente cualquier material. La investigación y el desarrollo han logrado grandes avances en los últimos años en la generación y aplicación, por lo que las discusiones técnicas de este año giraron principalmente en torno a la escalabilidad de los procesos, además de nuevas aplicaciones.
Escalar con más potencia y más longitudes de onda
Actualmente, hay fuentes de láser industriales disponibles con hasta 1000 vatios, por ejemplo, del proveedor de sistemas TRUMPF. Este láser, con energías de pulso de hasta 10 mJ y longitudes de pulso de menos de 1 ps, está disponible para pruebas en el laboratorio de aplicaciones del Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS o en TRUMPF mismo en Schramberg.
En cuanto a las longitudes de onda de los sistemas láser, hay una tendencia hacia el ultravioleta (UV) y el UV profundo (DUV), y la discusión giró en torno a las ventajas de un punto de enfoque más pequeño, así como en la eliminación de materiales transparentes. Las aplicaciones en el mercado de la electrónica de consumo, especialmente la fabricación de pantallas, impulsan el desarrollo adicional. Allí, los láseres de excímeros aún dominan, pero los láseres de UKP de estado sólido están en auge, como se pudo escuchar de Coherent.
Light Conversion presentó en el taller datos interesantes sobre el rendimiento y la vida útil de varios láseres. Desde más de 10,000 horas en el sistema UV de 30 W, el resumen llegó a casi 30 minutos en pruebas para generar una longitud de onda de 172 nanómetros, que corresponde a la 6ª armónica.
Un nuevo sistema de EKSPLA sorprendió, que proporciona pulsos ns y fs de un láser. Los pulsos están sincronizados con una fuente, y los usuarios tienen la opción de ajustar libremente la duración y el intervalo de los pulsos. 'Es como desbastar y pulir en una máquina', comentó un participante. El sistema de EKSPLA también permite una programación muy flexible de ráfagas de MHz y GHz. Hace algunos años, esto era tema de conferencias introductorias; ahora forman parte del estándar de las fuentes de haz modernas de UKP.
Dado que los expertos han entendido mejor los procesos en el material en los últimos años, el enfoque del taller ahora se centra más en la tecnología de sistemas. Este año, el tema de la formación de haz recibió una atención especial. Hamamatsu ofrece un nuevo modulador LCoS (Cristal Líquido sobre Silicio) que, gracias al uso de zafiro, soporta potencias de hasta 700 vatios o 3 kW/cm². Los usuarios pueden moldear los haces de casi cualquier manera; los perfiles en anillo y en forma de sombrero son solo dos ejemplos. También generan perfiles de múltiples haces o corrigen aberraciones.
Silicon Light Machines mostró moduladores similares basados en sistemas microelectromecánicos (MEMS). Son más rápidos (100-500 kHz de tasa de refresco) que los moduladores LCoS, soportan hasta 10 kW/cm², pero tienen una resolución menor. Quienes no necesitan la flexibilidad de los moduladores optan por elementos ópticos difractivos (DOE), que combinan alta resolución con alta umbral de destrucción. HOLO/OR presentó sus ventajas y desventajas en la aplicación con sistemas de escaneo.
Estos últimos también han hecho avances significativos. El escáner de polígonos de MOEWE de Mittweida logra hasta 1000 m/s de velocidad de deflexión del haz láser. Los desarrolladores tuvieron que resolver un problema central: el manejo de enormes volúmenes de datos de hasta 38 GB por metro cuadrado de área de procesamiento, que se generan durante el grabado rápido. Por ello, en rodillos de impresión con más de 100 metros cuadrados de área, optaron por áreas segmentadas. Para tales aplicaciones, los expertos esperan un aumento significativo en la productividad mediante el uso de fuentes de haz más potentes.
Empresas como SCANLAB y AEROTECH combinan escáneres, moduladores acusto-ópticos y sistemas de ejes de manera específica para aprovechar las fortalezas de cada sistema para un mayor rendimiento. Así, esperan que la cascada de componentes conduzca a un mayor ciclo de trabajo del proceso, lo que resulta en una mayor productividad.
Martin Reininghaus presentó con las máquinas de múltiples haces de Pulsar Photonics otro camino para escalar la productividad. Para ello, Pulsar ha desarrollado, además de la cabeza de múltiples haces, un concepto de Multi-Scanner y una cabeza de Multi-Scanner. Las cabezas de múltiples haces son adecuadas para una producción altamente productiva de estructuras periódicas, mientras que en las configuraciones de Multi-Scanner, cada escáner puede actuar de manera independiente. Sin embargo, esto representa un desafío para distribuir los grandes volúmenes de datos y los pulsos láser en el momento adecuado a los diferentes escáneres.
La importancia del control de procesos en línea fue demostrada por Florian Lendner de GFH. A través de la supervisión constante de los parámetros del proceso y del entorno, su equipo identificó un desplazamiento a largo plazo, que pudo ser compensado mediante una rutina de corrección automatizada. Esto mejoró la fidelidad de forma de las piezas a ± 1 μm, lo que aumentó aún más la precisión del microprocesamiento.
El Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) compartió experiencias en la micro-soldadura de vidrio. Schott ha implementado el proceso a nivel de oblea y logra uniones con una resistencia al corte superior a 50 MPa. La empresa utiliza la tecnología en el campo de la tecnología médica. Los métodos de unión sin adhesivos reducen el esfuerzo de aprobación allí.
La empresa Lidrotec apunta con su aplicación especial de pulsos láser a través de una capa de líquido al mercado de semiconductores, para reducir las pérdidas de material al separar los chips. En consecuencia, Lidrotec está preparando la tecnología para aplicaciones a gran escala.
Tecnología láser al alcance: 'El Marketplace' en el campus
El recorrido por los laboratorios del Fraunhofer ILT, del RWTH 'Campus de Investigación Producción Fotónica Digital' y de RWTH Aachen - Cátedra de Tecnología Láser y RWTH Aachen - Cátedra de Tecnología de Sistemas Ópticos ofreció con nueve estaciones la oportunidad de ver en vivo muchas de las tecnologías presentadas en el taller. Una de las aplicaciones presentadas fue el grabado láser selectivo inducido (SLE). En este proceso, el haz láser enfocado escribe el contorno de la pieza deseada en un lingote de vidrio, que luego se revela a través de un proceso de grabado.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) mostró en el laboratorio y más tarde en el taller cómo fabrica componentes micro y macroópticos como lentes con este proceso. La ventaja de este método radica en la libertad de diseño ('Complejidad gratis') y la personalización. Después de la creación de la forma, la superficie se pule con láser. El láser UKP también puede eliminar material de vidrio directamente en la superficie, donde siempre hay que encontrar un compromiso entre la velocidad del proceso y la calidad de la superficie.
También se mostraron muchas de las actividades relacionadas con la formación de haces mediante moduladores de cristal líquido. Ejemplos fueron proporcionados anteriormente por Martin Kratz y Martin Osbild (ambos de Fraunhofer ILT) sobre el proceso SLE y la estructuración de superficies.
A través de la formación de haces se pueden reducir las aberraciones esféricas, generar perfiles de múltiples haces o formar sellos ópticos, con los cuales se pueden estructurar áreas más grandes de una sola vez. Cómo estas formas de haz se pueden generar de la manera más perfecta posible con redes neuronales fue demostrado por Paul Buske de RWTH Aachen – Cátedra de Tecnología de Sistemas Ópticos en su presentación.
Abierto, altamente especializado, orientado al futuro – el taller UKP 2025
'Siempre es impresionante cómo la comunidad UKP habla aquí abiertamente sobre detalles técnicos', se alegró el Dr. Dennis Haasler, líder de grupo en Fraunhofer ILT y presidente del taller, al finalizar el 8.º Taller de Tecnología de Láseres Ultrarrápidos UKP. 'Una vez más, el taller ha demostrado ser una excelente plataforma para el intercambio entre investigación, desarrollo e industria', añadió el Dr. Christian Vedder, jefe del departamento de tecnología de superficies de Fraunhofer ILT.
Este año, el enfoque estuvo en la escalabilidad adicional de los procesos de fabricación, para lo cual se discutieron numerosas innovaciones, especialmente en el área de la tecnología de procesos. El próximo Taller de Tecnología de Láseres Ultrarrápidos UKP está programado para el 28 y 29 de abril de 2027.
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