A 8. UKP Workshop Ultrafast Laser Technology keretében 120 szakértő gyűlt össze 22 országból április 8-án és 9-én Aachenben. A név már utal is rá: ezen a workshopon a pikoszekundumos (ps) és femtoszekundumos (fs) lézerimpulzusok előállításáról és alkalmazásáról van szó. Ezek a lézerimpulzusok gyakorlatilag bármilyen anyagot meg tudnak dolgozni. Az elmúlt években a kutatás és fejlesztés terén ismét jelentős előrelépések történtek az előállítás és alkalmazás terén, így az idei szakmai beszélgetések a új alkalmazások mellett főként a folyamatok skálázására összpontosítottak.
Skálázás nagyobb teljesítménnyel és több hullámhosszal
Jelenleg ipari felhasználásra alkalmas lézersugár-források állnak rendelkezésre akár 1000 watt teljesítménnyel, például a TRUMPF rendszerbeszállítótól. Ez a lézer pulzusenergiával akár 10 mJ-ig és pulzushosszal 1 ps alatt a Fraunhofer Kiválósági Kluster Advanced Photon Sources CAPS-alkalmazási laborjában található a Fraunhofer ILT-nél, vagy a TRUMPF-nál Schrambergben tesztelésre.
A lézersorozatok hullámhosszainál tendencia figyelhető meg az ultraibolya (UV) és a mély UV (DUV) irányába, a diskurzus a kisebb fókuszpont előnyeiről és az átlátszó anyagok eltávolításáról szólt. A fogyasztói elektronikai piacon, különösen a kijelzőgyártás területén, ez elősegíti a további fejlesztéseket. Jelenleg még az excimer lézerek dominálnak, de a szilárdtest-UKP lézerek terjedése is megfigyelhető, ahogy azt a Coherent-től hallhattuk.
A Light Conversion workshopján érdekes adatokat mutattak be a különböző lézerek teljesítményéről és élettartamáról. A 30 W-os UV-rendszernél több mint 10 000 órától kezdve a 172 nanométeres hullámhossz előállítására irányuló tesztek során közel 30 percig terjedt a tartomány, ami a 6. harmonikusnak felel meg.
Meglepetést okozott az EKSPLA új rendszere, amely ns- és fs-pulzusokat biztosít egy lézertől. A pulzusok egy forráshoz szinkronizálva vannak, a felhasználók lehetőséget kapnak a pulzusok időtartamának és távolságának szabad beállítására. „Ez olyan, mint a durva és finom megmunkálás egy gépen” - jegyezte meg egy résztvevő. Az EKSPLA rendszere lehetővé teszi a MHz és GHz impulzusok nagyon rugalmas programozását is. Ezek néhány évvel ezelőtt még az alapvető előadások témáját képezték – mára a modern UKP lézersugarak standard részévé váltak.
Mivel a szakemberek az anyagokban zajló folyamatokat az utóbbi években jobban megértették, a workshop fókusza most erősebben a rendszermérnöki megoldásokra irányul. Idén különös figyelmet kapott a sugárformálás témája. A Hamamatsu egy új LCoS-modulátort (Liquid Crystal on Silicon) kínál, amely a zafír felhasználásának köszönhetően akár 700 wattos, illetve 3 kW/cm² teljesítményt is elvisel. A felhasználók így szinte bármilyen formájú sugárprofilt kialakíthatnak – a gyűrűs és a top-hat profil csak két példa. Emellett multiszálas profilokat is létrehoznak, vagy korrigálják az aberrációkat.
Hasonló modulátorokat mikro-elektromechanikai rendszerek (MEMS) alapján mutatott be a Silicon Light Machines. Ezek gyorsabbak (100-500 kHz frissítési sebesség), mint az LCoS modulátorok, és akár 10 kW/cm²-t is elviselnek, viszont alacsonyabb felbontással rendelkeznek. Aki nem igényli a modulátorok rugalmasságát, az diffraktív optikai elemeket (DOE) használ, amelyek magas felbontást kombinálnak magas megsemmisítési küszöbbel. A HOLO/OR bemutatta ezek előnyeit és hátrányait a szkenner rendszerekkel való alkalmazás során.
Az utóbbiak szintén jelentős előrelépéseket tettek. A MOEWE Mittweidából származó poligon scanner akár 1000 m/s-os lézersugár eltérítési sebességet is elér. A fejlesztőknek egy központi problémát kellett megoldaniuk: a rendkívül nagy adatmennyiségek kezelése, amelyek akár 38 GB-ot is elérhetnek négyzetméterenként a gyors gravírozás során. A 100 négyzetméternél nagyobb felületű nyomóhengereknél ezért szegmentált felületekre támaszkodtak. Az ilyen alkalmazások esetében a szakértők még jelentős termelékenységnövekedést várnak a nagyobb teljesítményű sugárforrások alkalmazásával.
Olyan vállalatok, mint a SCANLAB és az AEROTECH, célzottan kombinálják a szkennereket, akusztikus-optikai modulátorokat és tengelyrendszereket, hogy kihasználják a különböző rendszerek előnyeit a magasabb áteresztőképesség érdekében. Így a komponensek kaszkádolásától a folyamat magasabb munkaciklusait várják, ami nagyobb termelékenységhez vezet.
Martin Reininghaus bemutatta a Pulsar Photonics multibesugárzó gépeivel a termelékenység skálázásának egy újabb módját. Ehhez a Pulsar a multibesugárzó fej mellett kifejlesztett egy multi-szkenner és egy multi-szkenner fej koncepciót is. A multibesugárzó fejek alkalmasak periodikus struktúrák nagytermelésére, míg a multi-szkenner felépítményeknél minden szkenner függetlenül működhet. Ezért kihívást jelent a nagy adatmennyiségek és a lézerimpulzusok megfelelő időben történő elosztása a különböző szkennerekhez.
Az inline folyamatellenőrzés fontosságát Florian Lendner a GFH-tól mutatta be. A folyamat- és környezeti paraméterek következetes figyelemmel kísérésével csapata azonosított egy hosszú távú eltolódást, amelyet egy automatizált korrekciós rutin segítségével tudtak kompenzálni. Ennek eredményeként a komponensek formahűsége ± 1 µm-ra javult, ami tovább növelte a mikrófeldolgozás pontosságát.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) tapasztalatait osztotta meg az üveg mikrovarrásával kapcsolatban. A Schott a folyamatot wafer szinten valósította meg, és 50 MPa feletti nyírószilárdságú kapcsolatokat ér el. A cég ezt a technológiát az orvostechnikai területen alkalmazza. A ragasztómentes összekapcsolási eljárások csökkentik a jóváhagyási költségeket.
A Lidrotec cég speciális lézerimpulzus-alkalmazásával egy folyadékrétegen keresztül a félvezetőpiacra céloz, hogy csökkentse az anyagveszteséget a chipek elkülönítésekor. Ennek megfelelően a Lidrotec a technológiát nagyszabású alkalmazásokra készíti elő.
Látható lézertechnika: »A Marketplace« a kampuszon
A Fraunhofer ILT, az RWTH „Forschungscampus Digital Photonic Production” és az RWTH Aachen – Lézertechnikai Tanszék, valamint az RWTH Aachen – Optikai Rendszerek Technológiai Tanszék laboratóriumaiban tett körút kilenc állomással lehetőséget biztosított arra, hogy a workshop során bemutatott technológiák közül sokat élőben megtekintsünk. Az egyik bemutatott alkalmazás a Szelektív Lézerindukált Égetés (SLE) volt. E folyamat során a fókuszált lézersugár a kívánt alkatrész kontúrját írja a üveg alapanyagra, amelyet ezt követően egy marási folyamat során szabadítanak fel.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) bemutatta a laborban, majd a workshop során, hogyan készít mikro- és makrooptikai komponenseket, például lencséket ezzel a folyamattal. A módszer előnye a tervezési szabadságban rejlik (»Complexity for free«) és a testreszabhatóságban. A forma létrehozása után a felületet lézerrel polírozzák. Az UKP-lézer képes közvetlenül a felületről is eltávolítani az üveget, ami mindig kompromisszumot jelent a folyamat sebessége és a felület minősége között.
Számos tevékenységet mutattak be a folyadékkristály modulátorokkal végzett sugárformálás körül. Példákat mutattak be Martin Kratz és Martin Osbild (mindketten Fraunhofer ILT) az SLE folyamatról és a felületi struktúrázásról.
A sugárformálás révén csökkenthetők a gömbi aberrációk, multiszálú profilok hozhatók létre, vagy optikai bélyegeket lehet kialakítani, amelyekkel nagyobb felületek struktúrázhatók. Paul Buske, a RWTH Aachen Optikai Rendszerek Technológiai Tanszékének előadója bemutatta, hogyan lehet ezeket a sugárformákat a lehető legjobban neuronhálókkal előállítani.
Nyitott, magasan specializált, jövőorientált – az UKP Workshop 2025
»Mindig lenyűgöző, hogy mennyire nyitottan beszél a UKP közösség a technikai részletekről« – örült Dr. Dennis Haasler, a Fraunhofer ILT csoportvezetője és a workshop elnöke a 8. UKP Workshop Ultrafast Laser Technology zárásakor. »A workshop ismét kiváló platformként bizonyult a kutatás és fejlesztés, valamint az ipar közötti eszmecserére« – tette hozzá Dr. Christian Vedder, a Fraunhofer ILT felületi technológiai osztályának vezetője.
Idén a gyártási folyamatok további skálázása állt a középpontban, amelyhez számos innovációt vitattak meg, különösen a folyamattechnika területéről. A következő UKP Workshop Ultrafast Laser Technology 2027. április 28-29-re van tervezve.
Kapcsolat:
