Que ce soit dans la technologie médicale, la technologie quantique ou la fabrication de semi-conducteurs - les systèmes optiques sont indispensables dans de nombreuses applications high-tech. Pour que les lentilles, miroirs ou autres composants répondent aux exigences les plus élevées, des procédés de fabrication alliant précision, efficacité et flexibilité sont nécessaires. Avec la fabrication optique basée sur le laser, il est possible de produire des pièces conformes et fonctionnelles avec une faible rugosité - du prototype à la série, de l'array de microlentilles à la macro-optique, de la sphère à l'optique libre.
Au Fraunhofer ILT à Aix-la-Chapelle, les lasers ne sont pas simplement utilisés pour couper ou souder - ils prennent en charge la fabrication complète de composants optiques. Avec l'attaque laser induite sélectivement (SLE), il est par exemple possible de traiter des composants tels que des lentilles en une seule fixation sur le devant, l'arrière et le bord.
Une autre méthode est l'ablation laser. Ici, un faisceau laser précis enlève de manière ciblée du matériau. Cela permet de créer à partir de blocs simples et peu coûteux, comme des corps de verre sphériques, des formes hautement complexes - par exemple des asphères ou des optiques libres, qui sont utilisées dans des caméras ou des capteurs.
« Avec nos procédés laser, nous formons directement les optiques - sans détours, sans re-fixation, rapidement et à moindre coût », déclare le Dr. Edgar Willenborg, qui a joué un rôle clé dans le développement de la fabrication optique au Fraunhofer ILT. « En particulier lorsque des sphères simples ne sont pas les seules exigées, nous atteignons une efficacité maximale. »
Après la mise en forme, vient le polissage : les lasers polissent les surfaces qui sont encore rugueuses après un traitement préalable. Le laser chauffe la surface de manière si délicate que les plus petites irrégularités fusionnent - en quelques secondes, sans contact mécanique.
Pour des exigences particulièrement élevées en matière de précision de forme, Willenborg et son équipe recherchent ce qu'on appelle le Laser Beam Figuring (LBF). Ici, les plus petites déviations de forme dans des couches nanométriques sont enlevées et corrigées - soit des millionièmes de millimètre - ce qui est décisif, par exemple, pour des optiques haute performance.
En plus de la mise en forme et du polissage, le Fraunhofer ILT développe également des procédés pour l'assemblage de systèmes optiques. Cela inclut le collage ou le brasage précis des composants, afin qu'ils restent stables même sous contrainte et fonctionnent de manière fiable pendant longtemps.
« Que ce soit des asphères, des formes libres ou des lentilles classiques : nous montrons que le traitement basé sur le laser ne fonctionne pas seulement, mais a aussi un sens économique », explique Christian Vedder, responsable du département de technologie de surface et d'ablation de forme.
Domaines d'application polyvalents - de la recherche à la production en série
La fabrication optique basée sur le laser au Fraunhofer ILT n'est pas seulement technologiquement passionnante - elle montre également en pratique ce qui est possible. Les procédés développés peuvent être utilisés partout où une précision moyenne, une haute efficacité et une automatisation sont requises, par exemple dans la technologie médicale, où les plus petites lentilles sont nécessaires pour des endoscopes ou des appareils de diagnostic, ou dans la technologie quantique, où des structures complexes en verre sont créées pour guider et manipuler la lumière. Dans l'industrie des semi-conducteurs, ces composants optiques jouent également un rôle important - par exemple dans la fabrication de structures les plus fines sur des microcircuits.
Un autre avantage : les technologies peuvent être adaptées de manière flexible - selon le matériau, la forme ou la quantité. Que ce soit une pièce unique pour un laboratoire de recherche ou une plus grande série pour des applications industrielles - grâce à la combinaison des différents procédés laser, un système modulaire est créé qui peut être exactement adapté à l'application.
À cela s'ajoutent des processus de soutien tels que le marquage et l'étiquetage laser des composants optiques ou la découpe de verre, par exemple lors de la fabrication sur base de wafer. Ainsi, toutes les étapes le long de la chaîne de valeur peuvent être représentées - de la première idée au produit fini.
« Nos technologies sont particulièrement demandées lorsque les procédés conventionnels atteignent leurs limites - par exemple pour des optiques asphériques et des géométries complexes en verre », déclare Edgar Willenborg.
Recherche et collaboration - repenser ensemble la fabrication optique
Les exigences en matière de composants optiques augmentent constamment - en précision, complexité et quantité. En même temps, le besoin de solutions flexibles et économiques qui peuvent être rapidement adaptées à de nouvelles applications croît.
Dans une équipe interdisciplinaire, plus de 15 chercheurs développent en permanence de nouvelles approches pour rendre la fabrication laser de composants optiques encore plus précise, rapide et polyvalente. Il ne s'agit pas seulement de recherche fondamentale, mais surtout du transfert vers la fabrication industrielle.
Une partie importante de ce travail est la coopération étroite avec des partenaires industriels. En collaboration avec des entreprises de divers secteurs, les chercheurs testent de nouveaux processus et chaînes de processus, adaptés et rendus utilisables pour la production. Souvent, des solutions sur mesure pour des tâches concrètes en résultent.
À l'avenir, il ne s'agira pas seulement de perfectionner les procédés connus, mais aussi de découvrir de nouveaux matériaux et designs. La combinaison d'une conception optique adaptée à la fabrication numérique et de méthodes de fabrication basées sur le laser ouvre de tout nouveaux espaces de conception. Ainsi, des composants peuvent être créés qui ne pourraient pas être fabriqués ou ne le seraient que de manière très complexe avec des méthodes classiques - par exemple des optiques particulièrement compactes ou intégrées pour des appareils portables ou une utilisation dans l'espace.
L'intégration dans des processus de fabrication automatisés et la connexion avec des techniques de mesure modernes seront également renforcées. Cela permettra de mieux allier qualité et efficacité - dans l'esprit d'une production durable et d'avenir.
« La combinaison d'une conception numérique et d'une fabrication laser permettra de réaliser encore beaucoup plus de choses à l'avenir - notamment pour des produits personnalisés », est convaincu Edgar Willenborg. Dans un avenir proche, les Aixois souhaitent atteindre les exigences les plus élevées en matière de précision avec la chaîne de processus pour la fabrication optique basée sur le laser. Le laser est l'outil parfait pour cela.
Fraunhofer ILT au LASER World of PHOTONICS dans le hall A3, stand 431.
Contact :
www.ilt.fraunhofer.de
