Bilo u medicinskoj tehnologiji, kvantnoj tehnologiji ili proizvodnji poluvodiča – optički sustavi su nezamjenjivi u mnogim visokotehnološkim primjenama. Da bi leće, zrcala ili druge komponente ispunile najviše zahtjeve, potrebni su procesi proizvodnje koji objedinjuju preciznost, učinkovitost i fleksibilnost. Uz proizvodnju optike temeljenoj na laseru mogu se proizvesti oblikovno točni i funkcionalni dijelovi s malom hrapavošću – od prototipa do serijske proizvodnje, od mikrolensnih nizova do makrooptike, od sfere do slobodne forme.
Na Fraunhofer ILT u Aachen laserski se ne koriste samo za rezanje ili zavarivanje – oni preuzimaju kompletnu proizvodnju optičkih dijelova. Uz selektivno laserom inducirano etching (SLE) mogu se, na primjer, obrađivati dijelovi poput leća u jednom stezniku s prednje i stražnje strane, kao i na rubu.
Još jedna metoda je laser ablacijska. Pri tome precizan laserski snop ciljano uklanja materijal. Tako iz jednostavnih, jeftinih sirovina poput sfernih staklenih tijela nastaju visoko složeni oblici – poput asfera ili slobodnih optika, koje se koriste, na primjer, u kamerama ili senzorima.
»S našim laserskim procesima oblikujemo optiku direktno – bez zaobilaženja, bez ponovnog stezanja, brzo i jeftino«, kaže dr. Edgar Willenborg, koji je značajno doprinio razvoju teme proizvodnje optike na Fraunhofer ILT. »Osobito kada nisu potrebne samo jednostavne sfere, postižemo najvišu učinkovitost.«
Nakon oblikovanja slijedi dorada: Laseri poliraju površine koje su nakon prethodne obrade još hrapave. Laser zagrijava površinu tako osjetljivo da se najmanje neravnine spajaju – unutar nekoliko sekundi, potpuno bez mehaničkog kontakta.
Za posebno visoke zahtjeve u pogledu oblikovne točnosti, Willenborg i njegov tim istražuju takozvanu laser beam figuring (LBF). Pri tome se najmanje oblikovne odstupanja u nanometarskim slojevima ciljano uklanjaju i ispravljaju – dakle milijunti milimetar – što je, na primjer, ključno kod visokoučinkovitih optika.
Osim oblikovanja i poliranja, Fraunhofer ILT razvija i procese za montažu optičkih sustava. To uključuje precizno lijepljenje ili lemljenje dijelova, kako bi ostali stabilni i pouzdani pod opterećenjem tijekom dugog vremena.
»Bilo da se radi o asferama, slobodnim oblicima ili klasičnim lećama: Pokazujemo da laserska obrada ne samo da funkcionira, već je i ekonomski isplativa«, objašnjava Christian Vedder, voditelj odjela za tehnologiju površina i oblikovno uklanjanje.
Svestrane primjene – od istraživanja do serijske proizvodnje
Proizvodnja optike temeljenoj na laseru na Fraunhofer ILT nije samo tehnološki uzbudljiva – ona također pokazuje u praksi što je moguće. Razvijeni procesi mogu se primijeniti svuda gdje su potrebni srednja preciznost, visoka učinkovitost i automatizacija, na primjer u medicinskoj tehnologiji, gdje su potrebne najmanje leće za endoskope ili dijagnostičke uređaje, ili u kvantnoj tehnologiji, gdje nastaju složene strukture od stakla koje usmjeravaju i manipuliraju svjetlom. Također u industriji poluvodiča takve optičke komponente igraju važnu ulogu – na primjer, pri proizvodnji najfinijih struktura na mikroprocesorima.
Još jedna prednost: Tehnologije se mogu fleksibilno prilagoditi – ovisno o materijalu, obliku ili količini. Bilo da se radi o pojedinačnom komadu za istraživački laboratorij ili većoj seriji za industrijske primjene – kombinacijom različitih laserskih procesa stvara se modularni sustav koji se može točno prilagoditi primjeni.
Tu su i podržavajući procesi poput laserskog označavanja i označavanja optičkih dijelova ili rezanja stakla, na primjer, pri proizvodnji na bazi wafer-a. Tako se mogu prikazati svi koraci duž lanca vrijednosti – od prve ideje do gotovog proizvoda.
»Naše tehnologije su posebno tražene kada konvencionalni procesi dosegnu svoje granice – na primjer, kod asferičnih optika i složenih geometrija od stakla«, kaže Edgar Willenborg.
Istraživanje i suradnja – zajedno razmišljati o budućnosti proizvodnje optike
Zahtjevi za optičke dijelove stalno rastu – u preciznosti, složenosti i količini. Istovremeno raste potreba za fleksibilnim, ekonomskim rješenjima koja se brzo mogu prilagoditi novim primjenama.
U interdisciplinarnom timu više od 15 znanstvenih suradnika stalno razvija nove pristupe kako bi laserska proizvodnja optičkih dijelova bila još preciznija, brža i svestranija. Pri tome se ne radi samo o osnovnim istraživanjima, već prvenstveno o prijenosu u industrijsku proizvodnju.
Važan dio ovog rada su bliske suradnje s industrijskim partnerima. Zajedno s tvrtkama iz različitih sektora, istraživači testiraju nove procese i procesne lance, prilagođene i učinjene korisnima za proizvodnju. Često se pritom razvijaju prilagođena rješenja za konkretne zadatke.
U budućnosti se neće raditi samo na usavršavanju poznatih procesa, već i na otkrivanju novih materijala i dizajna. Kombinacija digitalnog dizajna pogodnog za proizvodnju i metoda proizvodnje temeljenih na laseru otvara potpuno nove mogućnosti dizajniranja. Tako mogu nastati dijelovi koji se klasičnim metodama ne mogu ili se mogu proizvesti samo s velikim trudom – poput posebno kompaktnog ili integriranog optičkog sustava za prijenosne uređaje ili za upotrebu u svemiru.
Također će se nastaviti s integracijom u automatizirane proizvodne procese i povezivanjem s modernim mjernim tehnikama. Time se kvaliteta i učinkovitost mogu još bolje povezati – u duhu održive i budućnosti orijentirane proizvodnje.
»Kombinacija digitalnog dizajna i laserske proizvodnje omogućit će mnogo više u budućnosti – posebno za individualizirane proizvode«, siguran je Edgar Willenborg. Uskoro žele Aachenci s procesnom linijom za lasersku proizvodnju optike postići i najviše zahtjeve u pogledu preciznosti. Laser je za to savršen alat.
Fraunhofer ILT na LASER World of PHOTONICS u dvorani A3, štand 431.
Kontakt:
www.ilt.fraunhofer.de
