All'8° workshop sulla tecnologia laser ultravelocità si sono incontrati 120 esperti provenienti da 22 paesi l'8 e il 9 aprile ad Aquisgrana. Il nome lo suggerisce già: in questo workshop si parla della generazione e dell'applicazione di impulsi laser nell'ordine dei picosecondi (ps) e femtosecondi (fs). Questi impulsi laser possono lavorare praticamente qualsiasi materiale. La ricerca e lo sviluppo hanno fatto grandi progressi negli ultimi anni nella generazione e applicazione, così che le discussioni di quest'anno si sono concentrate principalmente sulla scalabilità dei processi oltre a nuove applicazioni.
Scalare con più potenza e più lunghezze d'onda
Attualmente sono disponibili sorgenti laser industriali fino a 1000 watt, ad esempio dal fornitore di sistemi TRUMPF. Questo laser con energie di impulso fino a 10 mJ a lunghezze d'impulso inferiori a 1 ps è disponibile per test presso il laboratorio di applicazione del Cluster di Eccellenza Fraunhofer Advanced Photon Sources CAPS o presso TRUMPF stesso a Schramberg.
Per quanto riguarda le lunghezze d'onda dei sistemi laser, c'è una tendenza verso l'ultravioletto (UV) e il deep UV (DUV), la discussione si è concentrata sui vantaggi dovuti al punto di messa a fuoco più piccolo e all'asportazione di materiali trasparenti. Le applicazioni nel mercato dell'elettronica di consumo, in particolare la produzione di display, stanno spingendo ulteriormente lo sviluppo. Gli laser a eccimeri dominano ancora, ma i laser UKP a stato solido sono in aumento, come si è potuto sentire da Coherent.
Light Conversion ha presentato dati interessanti sulla potenza e sulla durata di diversi laser durante il workshop. Da oltre 10.000 ore per il sistema UV da 30 W, la panoramica è arrivata a quasi 30 minuti nei test per la generazione di una lunghezza d'onda di 172 nanometri, corrispondente alla 6° armonica.
Un nuovo sistema di EKSPLA ha suscitato stupore, che fornisce impulsi ns e fs da un laser. Gli impulsi sono sincronizzati con una sorgente, gli utenti hanno la possibilità di impostare liberamente la durata e la distanza degli impulsi. 'È come sgrossare e finire su una macchina', ha osservato un partecipante. Il sistema di EKSPLA consente anche una programmazione molto flessibile di burst a MHz e GHz. Qualche anno fa erano ancora oggetto di conferenze di base - ora fanno parte dello standard delle moderne sorgenti di fascio UKP.
Poiché gli esperti hanno compreso meglio i processi nei materiali negli ultimi anni, il focus del workshop si è ora spostato maggiormente sulla tecnologia di sistema. Quest'anno, particolare attenzione è stata dedicata al tema della formazione del fascio. Hamamatsu offre un nuovo modulatore LCoS (Liquid Crystal on Silicon) che, grazie all'uso di zaffiro, supporta potenze fino a 700 watt o 3 kW/cm². Gli utenti possono così modellare i fasci in modo quasi arbitrario - profili a anello e a cappello sono solo due esempi. Possono anche generare profili multiraggio o correggere aberrazioni.
Modulatori simili basati su sistemi micro-elettromeccanici (MEMS) sono stati mostrati da Silicon Light Machines. Sono più veloci (100-500 kHz di frequenza di aggiornamento) rispetto ai modulatori LCoS, supportano fino a 10 kW/cm², ma hanno una risoluzione inferiore. Chi non ha bisogno della flessibilità dei modulatori si affida a elementi ottici diffrattivi (DOE), che combinano alta risoluzione con alta soglia di rottura. HOLO/OR ha presentato i loro vantaggi e svantaggi nell'applicazione con sistemi di scansione.
Questi ultimi hanno anche fatto notevoli progressi. Lo scanner poligonale di MOEWE da Mittweida raggiunge fino a 1000 m/s di velocità di deflessione del fascio laser. Gli sviluppatori hanno dovuto risolvere un problema centrale: la gestione delle enormi quantità di dati fino a 38 GB per metro quadrato di area di lavorazione, che si verificano ad esempio durante la incisione rapida. Per rulli di stampa con oltre 100 metri quadrati di superficie, hanno quindi optato per aree segmentate. Per tali applicazioni, gli esperti si aspettano ancora un notevole aumento della produttività grazie all'uso di sorgenti di fascio più potenti.
Aziende come SCANLAB e AEROTECH combinano scanner, modulatori acusto-ottici e sistemi assiali in modo mirato per sfruttare i punti di forza dei rispettivi sistemi per un maggiore throughput. Si aspettano quindi, attraverso la cascata dei componenti, un ciclo di lavoro più elevato del processo, il che porta a una maggiore produttività.
Martin Reininghaus ha presentato con le macchine multiraggio di Pulsar Photonics un ulteriore modo per scalare la produttività. A tal fine, Pulsar ha sviluppato accanto alla testa multiraggio un concetto di multi-scanner e di testa multi-scanner. Le teste multiraggio sono adatte per una produzione altamente produttiva di strutture periodiche, mentre nei sistemi multi-scanner ogni scanner può agire indipendentemente. Tuttavia, è una sfida distribuire le grandi quantità di dati e gli impulsi laser al momento giusto ai vari scanner.
L'importanza del controllo del processo inline è stata dimostrata da Florian Lendner della GFH. Attraverso un monitoraggio costante dei parametri di processo e ambientali, il suo team ha identificato una deriva a lungo termine, che è stata compensata da una routine di correzione automatizzata. Ciò ha permesso di migliorare la fedeltà della forma dei componenti a ± 1 μm, aumentando ulteriormente la precisione della micro lavorazione.
Il Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) ha condiviso esperienze nella micro saldatura del vetro. Schott ha implementato il processo a livello di wafer e raggiunge connessioni con una resistenza a taglio superiore a 50 MPa. L'azienda utilizza la tecnologia nel campo della tecnologia medica. I metodi di giunzione senza adesivo riducono i requisiti di approvazione.
L'azienda Lidrotec punta con la sua applicazione speciale di impulsi laser attraverso uno strato di liquido al mercato dei semiconduttori, per ridurre le perdite di materiale nella separazione dei chip. Di conseguenza, Lidrotec sta preparando la tecnologia per applicazioni su larga scala.
Tecnologia laser da toccare: 'Il Marketplace' nel campus
Il tour attraverso i laboratori del Fraunhofer ILT, del RWTH 'Forschungscampus Digital Photonic Production' e del RWTH Aachen - cattedra di tecnologia laser e RWTH Aachen - cattedra di tecnologia dei sistemi ottici ha offerto con nove stazioni l'opportunità di vedere dal vivo molte delle tecnologie presentate nel workshop. Un'applicazione presentata è stata l'incisione selettiva laser-indotta (SLE). In questo caso, il fascio laser focalizzato scrive il contorno del componente desiderato in un semilavorato di vetro, che viene poi rivelato attraverso un processo di incisione.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) ha mostrato in laboratorio e successivamente nel workshop come produce componenti micro e macro ottici come lenti utilizzando questo processo. Il vantaggio di questo metodo risiede nella libertà di design ("Complexity for free") e nella personalizzabilità. Dopo la creazione della forma, la superficie viene ulteriormente lucidato con laser. Il laser UKP può anche rimuovere il vetro direttamente in superficie, dove è sempre necessario trovare un compromesso tra velocità del processo e qualità della superficie.
Sono state mostrate anche molte delle attività riguardanti la formazione del fascio tramite modulatori a cristalli liquidi. Esempi sono stati forniti in precedenza da Martin Kratz e Martin Osbild (entrambi di Fraunhofer ILT) riguardo al processo SLE e alla strutturazione della superficie.
Attraverso la formazione del fascio è possibile ridurre le aberrazioni sferiche, generare profili multiraggio o creare timbri ottici con i quali è possibile strutturare superfici più grandi in un colpo solo. Come queste forme di fascio possano essere generate in modo il più perfetto possibile con reti neurali è stato dimostrato da Paul Buske della RWTH Aachen – Cattedra per la Tecnologia dei Sistemi Ottici nel suo intervento.
Aperto, altamente specializzato, orientato al futuro – il workshop UKP 2025
"È sempre impressionante vedere quanto apertamente la comunità UKP discuta qui dei dettagli tecnici" ha commentato con soddisfazione il Dr. Dennis Haasler, capogruppo presso il Fraunhofer ILT e presidente del workshop, alla conclusione dell'8° Workshop UKP sulla Tecnologia Laser Ultrafast. "Ancora una volta, il workshop si è dimostrato un'eccellente piattaforma per lo scambio tra ricerca e sviluppo e industria" ha aggiunto il Dr. Christian Vedder, responsabile del dipartimento di tecnologia delle superfici del Fraunhofer ILT.
Quest'anno l'attenzione si è concentrata sulla ulteriore scalabilità dei processi di produzione, per i quali sono state discusse numerose innovazioni soprattutto nel campo della tecnologia dei processi. Il prossimo workshop UKP sulla Tecnologia Laser Ultrafast è previsto per il 28 e 29 aprile 2027.
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