Na 8. UKP radionici ultrabrze laserske tehnologije okupilo se 120 stručnjaka iz 22 zemlje 8. i 9. travnja u Aachenu. Ime već sugerira: ova radionica bavi se generiranjem i primjenom laserskih impulsa u području pikosekundi (ps) i femtosekundi (fs). Ovi laserski impulsi mogu obrađivati gotovo svaki materijal. Istraživanje i razvoj postigli su velike napretke u posljednjim godinama u generiranju i primjeni, tako da su se stručni razgovori ove godine, osim novih primjena, većinom fokusirali na skaliranje procesa.
Skaliranje s više snage i više valnih duljina
Trenutno su dostupni industrijski laserski izvori snage do 1000 W, na primjer od sustavnog dobavljača TRUMPF. Ovaj laser s energijom impulsa do 10 mJ pri duljinama impulsa ispod 1 ps dostupan je u Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS-aplikacijskom laboratoriju na Fraunhofer ILT-u ili kod TRUMPF-a u Schrambergu za testiranje.
Kod valnih duljina laserskih sustava postoji trend prema ultraljubičastom (UV) i dubokom UV (DUV), a rasprava se vrtjela oko prednosti manjeg fokalnog mjesta kao i kod uklanjanja prozirnih materijala. Primjene na tržištu potrošačke elektronike, posebno u proizvodnji zaslona, potiču daljnji razvoj. Iako još uvijek dominiraju ekscimer laseri, čini se da su laserski sustavi s čvrstim tijelom u porastu, kako se moglo čuti od Coherent-a.
Light Conversion je na radionici predstavio zanimljive podatke o performansama i trajnosti različitih lasera. Od više od 10 000 sati za 30 W-UV sustav, pregled je išao do gotovo 30 minuta u testovima za generiranje valne duljine od 172 nanometra, što odgovara 6. harmoniku.
Novo sustav od EKSPLA izazvao je iznenađenje, koji isporučuje ns- i fs-impulse iz jednog lasera. Impulsi su sinkronizirani s izvorom, a korisnici imaju mogućnost slobodnog podešavanja trajanja i razmaka impulsa. 'To je kao grub i fini rad na stroju', primijetio je jedan sudionik. Sustav EKSPLA također omogućuje vrlo fleksibilno programiranje MHz i GHz burstova. Prije nekoliko godina to je još bila tema osnovnih predavanja – sada su postali standard modernih UKP izvora zraka.
Budući da su stručnjaci bolje razumjeli procese u materijalu u posljednjim godinama, fokus radionice sada se više usmjerava na sustavnu tehnologiju. Ove godine posebna pažnja posvećena je temi oblikovanja zraka. Hamamatsu nudi novi LCoS-modulator (tekući kristal na silikonu) koji zahvaljujući korištenju safira podnosi snage do 700 W odnosno 3 kW/cm². Korisnici oblikuju zrake gotovo neograničeno – ring i top-hat profili su samo dva primjera. Također stvaraju višezračne profile ili ispravljaju aberacije.
Slični modulatori na bazi mikro-elektromehaničkih sustava (MEMS) prikazali su Silicon Light Machines. Oni su brži (100-500 kHz brzina osvježavanja) od LCoS-modulatora, podnose do 10 kW/cm², ali imaju manju razlučivost. Tko ne treba fleksibilnost modulatora, koristi difrakcijske optičke elemente (DOE) koji kombiniraju visoku razlučivost s visokom razinom uništenja. HOLO/OR predstavio je njihove prednosti i nedostatke u primjeni s sustavima skenera.
Potonji su također napravili značajne napretke. Poligonski skener MOEWE iz Mittweide postiže brzinu skeniranja do 1000 m/s. Razvijači su morali riješiti središnji problem: upravljanje ogromnim količinama podataka do 38 GB po kvadratnom metru obradne površine, koje nastaju prilikom brze gravure. Za valjke za tisak s više od 100 kvadratnih metara površine, stoga su se oslonili na segmentirane površine. Za takve primjene stručnjaci očekuju značajno povećanje produktivnosti korištenjem snažnijih izvora zraka.
Tvrtke poput SCANLAB i AEROTECH ciljano kombiniraju skener, akusto-optčke modulatora i sustave osi kako bi iskoristile snage svakog sustava za veći protok. Očekuju da će kaskadiranjem komponenti postići veće duty-cycle procese, što će dovesti do veće produktivnosti.
Martin Reininghaus predstavio je s višezračnim strojevima Pulsar Photonics još jedan način za skaliranje produktivnosti. Za to je Pulsar razvio koncept višezračnog glave, multi-skener i multi-skener glave. Višezračne glave prikladne su za visoko produktivnu proizvodnju periodičnih struktura, dok u multi-skener postavkama svaki skener može djelovati neovisno. Međutim, to predstavlja izazov u raspodjeli velikih količina podataka i laserskih impulsa u pravo vrijeme različitim skenerima.
Kako je važna inline-procesna kontrola, pokazao je Florian Lendner iz GFH. Kroz dosljedno praćenje procesa i okolišnih parametara, njegov tim identificirao je dugotrajni drift, koji je mogao biti kompenziran automatiziranom korekcijom. Time je poboljšana oblikovna točnost dijelova na ± 1 μm, čime je dodatno povećana preciznost mikroobrade.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) podijelio je iskustva u mikro zavarivanju stakla. Schott je proces implementirao na razini wafers i postiže veze s čvrstošću preko 50 MPa. Tvrtka koristi tehnologiju u području medicinske tehnologije. Metode spajanja bez ljepila smanjuju troškove odobrenja.
Tvrtka Lidrotec cilja svojom specijalnom primjenom laserskih impulsa kroz sloj tekućine na tržište poluvodiča, kako bi smanjila gubitke materijala prilikom odvajanja čipova. U skladu s tim, Lidrotec priprema tehnologiju za velike industrijske primjene.
Laserska tehnologija na dohvat ruke: 'Marketplace' na kampusu
Obilazak laboratorija Fraunhofer ILT, RWTH 'Istraživački kampus Digital Photonic Production' te RWTH Aachen – Katedra za lasersku tehnologiju i RWTH Aachen – Katedra za tehnologiju optičkih sustava ponudio je s devet stanica priliku da se uživo vidi mnoge tehnologije predstavljene na radionici. Jedna od prikazanih primjena bila je selektivno laserski inducirano etching (SLE). Pri tome fokusirani laserski zrak ispisuje konturu željenog dijela u staklenom bloku, a zatim se otkriva kroz proces etching-a.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) pokazala je u laboratoriju i kasnije na radionici s ovim procesom kako proizvodi mikro i makro optičke komponente poput leća. Prednost ovog postupka leži u slobodi dizajna (»Complexity for free«) i mogućnosti prilagodbe. Nakon stvaranja oblika, površina se još laserom polira. UKP laser može i izravno ukloniti površinski sloj stakla, pri čemu uvijek treba pronaći kompromis između brzine procesa i kvalitete površine.
Također su prikazane mnoge aktivnosti vezane uz oblikovanje snopa pomoću tekućekristalnih modulatora. Primjere su dali prethodno Martin Kratz i Martin Osbild (oba Fraunhofer ILT) za SLE proces i strukturiranje površine.
Oblikovanjem snopa mogu se smanjiti sferne aberacije, stvoriti višestruki profil snopa ili oblikovati optički pečati s kojima se veće površine mogu strukturirati u komadu. Kako se ti oblici snopa mogu što savršenije generirati pomoću neuronskih mreža, demonstrirao je Paul Buske s RWTH Aachen – Katedra za tehnologiju optičkih sustava u svom predavanju.
Otvoren, visoko specijaliziran, orijentiran prema budućnosti – UKP radionica 2025
»Uvijek je impresivno kako otvoreno UKP zajednica ovdje razgovara o tehničkim detaljima«, izrazio je zadovoljstvo dr. Dennis Haasler, voditelj grupe na Fraunhofer ILT i predsjednik radionice, na završetku 8. UKP radionice o ultrabrzoj laserskoj tehnologiji. »Još jednom se radionica pokazala kao izvrsna platforma za razmjenu između istraživanja i razvoja i industrije«, dodao je dr. Christian Vedder, voditelj odjela za tehnologiju površina Fraunhofer ILT.
Ove godine u središtu pažnje bila je daljnja skaliranja proizvodnih procesa, za što su raspravljene brojne inovacije, posebno iz područja procesne tehnologije. Sljedeća UKP radionica o ultrabrznoj laserskoj tehnologiji planirana je za 28. i 29. travnja 2027.
Kontakt:
