Na 8. warsztatach UKP Technologia Ultrafast Laser w dniach 8 i 9 kwietnia w Akwizgranie spotkało się 120 ekspertów z 22 krajów. Nazwa już to sugeruje: w tych warsztatach chodzi o wytwarzanie i zastosowanie impulsów laserowych w zakresie pikosekund (ps) i femtosekund (fs). Te impulsy laserowe mogą obrabiać praktycznie każdy materiał. Badania i rozwój w ostatnich latach poczyniły znaczne postępy w zakresie wytwarzania i zastosowania, w związku z czym w tym roku rozmowy fachowe koncentrowały się głównie na nowych zastosowaniach oraz skalowaniu procesów.
Skalowanie z większą mocą i większą liczbą długości fal
Obecnie dostępne są przemysłowe źródła laserowe o mocy do 1000 W, na przykład od dostawcy systemów TRUMPF. Ten laser z energią impulsu do 10 mJ przy długościach impulsu poniżej 1 ps jest dostępny w laboratorium aplikacyjnym Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS w Fraunhofer ILT lub bezpośrednio w TRUMPF w Schrambergu do testów.
W przypadku długości fal systemów laserowych istnieje trend w kierunku ultrafioletu (UV) i głębokiego ultrafioletu (DUV), a dyskusja koncentrowała się na zaletach wynikających z mniejszego punktu ogniskowego oraz przy usuwaniu przezroczystych materiałów. Zastosowania na rynku elektroniki konsumenckiej, zwłaszcza w produkcji wyświetlaczy, napędzają dalszy rozwój. Wciąż dominują tam lasery ekscymerowe, ale lasery stałokondensatorowe UKP zyskują na znaczeniu, jak można było usłyszeć od firmy Coherent.
Firma Light Conversion przedstawiła na warsztatach interesujące dane dotyczące wydajności i żywotności różnych laserów. Od ponad 10 000 godzin w systemie UV o mocy 30 W, przegląd sięgał niemal 30 minut w testach dotyczących generacji długości fali 172 nanometrów, co odpowiada 6. harmonicznej.
Nowy system firmy EKSPLA, który dostarcza impulsy ns i fs z lasera, wzbudził zdziwienie. Impulsy są zsynchronizowane z źródłem, a użytkownicy mają możliwość swobodnego ustawiania czasu trwania i odstępu impulsów. "To jak szlifowanie i wygładzanie na maszynie" zauważył jeden z uczestników. System EKSPLA umożliwia również bardzo elastyczne programowanie impulsów MHz i GHz. Jeszcze kilka lat temu były one tematem wykładów wprowadzających – obecnie stanowią standard nowoczesnych źródeł promieniowania UKP.
Ponieważ specjaliści lepiej zrozumieli procesy w materiałach w ostatnich latach, fokus warsztatu jest teraz bardziej ukierunkowany na technologię systemową. Szczególną uwagę w tym roku poświęcono tematowi formowania wiązek. Hamamatsu oferuje nowy modulator LCoS (Liquid Crystal on Silicon), który dzięki zastosowaniu szafiru wytrzymuje moce do 700 watów lub 3 kW/cm². Użytkownicy formują w ten sposób wiązki niemal dowolnie – profile pierścieniowe i top-hat to tylko dwa przykłady. Tworzą również profile wielowiązkowe lub korygują aberracje.
Podobne modulatory oparte na mikroelektromechanicznych systemach (MEMS) zaprezentowała firma Silicon Light Machines. Są one szybsze (częstotliwość odświeżania 100-500 kHz) niż modulatory LCoS, wytrzymują do 10 kW/cm², ale mają niższą rozdzielczość. Kto nie potrzebuje elastyczności modulatorów, sięga po dyfrakcyjne elementy optyczne (DOE), które łączą wysoką rozdzielczość z wysokim progiem zniszczenia. HOLO/OR przedstawiło ich zalety i wady w zastosowaniu z systemami skanowania.
Ostatnie również poczyniły znaczne postępy. Skanner wielokątny MOEWE z Mittweida osiąga prędkość odchylania wiązki laserowej do 1000 m/s. Projektanci musieli rozwiązać centralny problem: obsługę ogromnych ilości danych, sięgających do 38 GB na metr kwadratowy powierzchni roboczej, które powstają podczas szybkiego grawerowania. Dlatego w przypadku walców drukarskich o powierzchni przekraczającej 100 metrów kwadratowych postawili na segmentowane powierzchnie. W przypadku takich zastosowań eksperci oczekują jeszcze znacznego wzrostu wydajności dzięki zastosowaniu mocniejszych źródeł promieniowania.
Firmy takie jak SCANLAB i AEROTECH celowo łączą skanery, modulatory akusto-optyczne i systemy osiowe, aby wykorzystać mocne strony poszczególnych systemów dla zwiększenia wydajności. Oczekują, że kaskadowanie komponentów przyniesie wyższe cykle pracy procesu, co prowadzi do większej produktywności.
Martin Reininghaus zaprezentował z maszynami wielostrzałowymi Pulsar Photonics kolejny sposób na zwiększenie wydajności produkcji. W tym celu Pulsar opracował obok głowicy wielostrzałowej koncepcję Multi-Scanner oraz głowicę Multi-Scanner. Głowice wielostrzałowe nadają się do wysoko wydajnej produkcji struktur okresowych, podczas gdy w konstrukcjach Multi-Scanner każdy skaner może działać niezależnie. To z kolei stanowi wyzwanie w zakresie rozdzielania dużych ilości danych oraz impulsów laserowych w odpowiednim czasie do różnych skanerów.
Jak ważna jest kontrola procesów inline, pokazał Florian Lendner z GFH. Dzięki konsekwentnemu monitorowaniu parametrów procesowych i środowiskowych jego zespół zidentyfikował długoterminowy dryf, który mógł zostać skompensowany dzięki zautomatyzowanej rutynie korekcyjnej. Dzięki temu dokładność elementów została poprawiona do ± 1 µm, co dodatkowo zwiększyło precyzję mikroskrawania.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) podzielił się doświadczeniami w zakresie mikrowelding szkła. Schott wdrożył ten proces na poziomie wafla i osiąga połączenia o wytrzymałości na ścinanie przekraczającej 50 MPa. Firma wykorzystuje tę technologię w dziedzinie technologii medycznej. Procesy łączenia bez użycia kleju zmniejszają tam nakład związany z uzyskaniem zatwierdzenia.
Firma Lidrotec ma na celu zastosowanie specjalnych impulsów laserowych przez warstwę cieczy na rynku półprzewodników, aby zredukować straty materiałowe podczas oddzielania chipów. W związku z tym Lidrotec przygotowuje technologię do zastosowań na dużą skalę.
Technika laserowa na wyciągnięcie ręki: "Marketplace" na kampusie
Spacer po laboratoriach Fraunhofer ILT, RWTH „Forschungscampus Digital Photonic Production“ oraz RWTH Aachen – Katedra Techniki Laserowej i RWTH Aachen – Katedra Technologii Systemów Optycznych oferował dziewięć stacji, które dawały możliwość na żywo zapoznać się z wieloma technologiami przedstawionymi podczas warsztatów. Jedną z prezentowanych aplikacji było selektywne laserowo wywołane trawienie (SLE). W tym procesie skupiona wiązka laserowa rysuje kontur pożądanego elementu w szklanym półprodukcie, który następnie jest odsłaniany w procesie trawienia.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) pokazała w laboratorium, a później na warsztatach, jak produkuje komponenty mikro- i makrooptyczne, takie jak soczewki, przy użyciu tego procesu. Zaletą tej metody jest swoboda projektowania („Complexity for free”) oraz możliwość personalizacji. Po wytworzeniu formy powierzchnia jest jeszcze polerowana laserowo. Laser UKP może również bezpośrednio usuwać materiał z powierzchni szkła, co zawsze wiąże się z koniecznością znalezienia kompromisu między szybkością procesu a jakością powierzchni.
Pokazano również wiele działań związanych z formowaniem wiązki za pomocą modulatorów ciekłokrystalicznych. Przykłady dostarczyli wcześniej Martin Kratz i Martin Osbild (obaj z Fraunhofer ILT) dotyczące procesu SLE i strukturyzacji powierzchni.
Dzięki formowaniu wiązki można zredukować aberracje sferyczne, generować profile wielo-promieniowe lub tworzyć optyczne stempel, którymi można strukturyzować większe powierzchnie w całości. Jak te formy wiązki można tworzyć jak najdoskonalej za pomocą sieci neuronowych, zademonstrował Paul Buske z RWTH Aachen – Katedra Technologii Systemów Optycznych w swoim wykładzie.
Otwarte, wysoko wyspecjalizowane, zorientowane na przyszłość – warsztaty UKP 2025
„Zawsze imponujące jest, jak otwarcie społeczność UKP rozmawia tutaj o szczegółach technicznych” – cieszył się Dr Dennis Haasler, kierownik grupy w Fraunhofer ILT i przewodniczący warsztatów, na zakończenie 8. warsztatów UKP Technologii Laserów Ultrafast. „Warsztaty po raz kolejny okazały się doskonałą platformą do wymiany między badaniami a rozwojem i przemysłem” – dodał Dr Christian Vedder, kierownik działu technologii powierzchni w Fraunhofer ILT.
W tym roku w centrum uwagi była dalsza skalowalność procesów produkcyjnych, dla których omawiano liczne innowacje, zwłaszcza w obszarze technologii procesów. Następne warsztaty UKP Technologii Laserów Ultrafast są zaplanowane na 28 i 29 kwietnia 2027.
Kontakt:
