Fie că este vorba despre tehnologia medicală, tehnologia cuantică sau fabricația semiconductorilor – sistemele optice sunt indispensabile în multe aplicații high-tech. Pentru ca lentilele, oglinzile sau alte componente să îndeplinească cele mai înalte cerințe, sunt necesare procese de fabricație care combină precizia, eficiența și flexibilitatea. Cu fabricația optică bazată pe laser se pot produce componente de formă precisă și funcționale cu o rugozitate mică – de la prototip la serie, de la aranjamente de micro-lentile la macro-optică, de la sferă la opticile de formă liberă.
La Fraunhofer ILT din Aachen, laserii nu sunt folosiți doar pentru tăiere sau sudare – ei preiau întreaga fabricație a componentelor optice. Cu etching-ul laser selectiv indus (SLE) se pot prelucra, de exemplu, componente precum lentilele într-o singură fixare pe partea din față și din spate, precum și pe margine.
O altă metodă este ablația laser. Aici, un fascicul laser precis îndepărtează materialul în mod țintit. Astfel, din semifabricate simple și ieftine, cum ar fi corpuri de sticlă sferice, se formează forme complexe – cum ar fi asferice sau opticile de formă liberă, care sunt utilizate, de exemplu, în camere sau senzori.
„Cu metodele noastre laser, aducem opticile direct în formă – fără ocoluri, fără re-fixare, rapid și ieftin”, spune Dr. Edgar Willenborg, care a contribuit semnificativ la dezvoltarea temei fabricației optice la Fraunhofer ILT. „În special atunci când nu sunt solicitate doar sfere simple, atingem cea mai înaltă eficiență.”
După formare urmează finisarea: laserii polizează suprafețele care sunt încă rugoase din prelucrarea anterioară. Laserul încălzește suprafața atât de delicat încât cele mai mici denivelări se topesc – în câteva secunde, fără contact mecanic.
Pentru cerințe deosebit de ridicate în ceea ce privește precizia formei, Willenborg și echipa sa cercetează așa-numitul Laser Beam Figuring (LBF). Aici, cele mai mici abateri de formă sunt îndepărtate și corectate în straturi de nanometri – adică milionimi de milimetru – ceea ce este decisiv, de exemplu, pentru opticile de înaltă performanță.
Pe lângă formare și polisare, Fraunhofer ILT dezvoltă și procese pentru asamblarea sistemelor optice. Acestea includ lipirea sau sudarea precisă a componentelor, astfel încât acestea să rămână stabile și să funcționeze fiabil pe termen lung, chiar și sub sarcină.
„Fie că sunt asferice, forme libere sau lentile clasice: arătăm că prelucrarea bazată pe laser nu doar că funcționează, ci are și sens economic”, explică Christian Vedder, șeful departamentului de tehnologia suprafețelor și îndepărtarea formelor.
Domenii de aplicare versatile – de la cercetare la fabricație în serie
Fabricația optică bazată pe laser la Fraunhofer ILT nu este doar tehnologic interesant – ci arată și în practică ce este posibil. Procesele dezvoltate pot fi utilizate oriunde este necesară precizie medie, eficiență ridicată și automatizare, de exemplu, în tehnologia medicală, unde sunt necesare lentile mici pentru endoscoape sau dispozitive de diagnosticare, sau în tehnologia cuantică, unde se formează structuri complexe din sticlă care conduc și manipulează lumina. De asemenea, în industria semiconductorilor, aceste componente optice joacă un rol important – de exemplu, în fabricarea celor mai fine structuri pe microcipuri.
Un alt avantaj: tehnologiile pot fi adaptate flexibil – în funcție de material, formă sau număr de bucăți. Fie că este vorba de un singur exemplar pentru un laborator de cercetare sau o serie mai mare pentru aplicații industriale – prin combinarea diferitelor metode laser se creează un set de instrumente care poate fi adaptat exact la aplicație.
La acestea se adaugă procesele de susținere, cum ar fi marcarea și etichetarea bazate pe laser a componentelor optice sau tăierea sticlei, de exemplu, în fabricația pe bază de wafer. Astfel, toate etapele de-a lungul lanțului de valoare pot fi reprezentate – de la prima idee până la produsul finit.
„Tehnologiile noastre sunt solicitate în special atunci când metodele convenționale ajung la limitele lor – de exemplu, în cazul opticii asferice și geometriei complexe din sticlă”, spune Edgar Willenborg.
Cercetare și colaborare – gândind împreună fabricația optică mai departe
Cerințele pentru componentele optice cresc constant – în precizie, complexitate și număr de bucăți. În același timp, crește cererea pentru soluții flexibile și economice, care pot fi adaptate rapid la noi aplicații.
Într-o echipă interdisciplinară, mai mult de 15 cercetători dezvoltă constant noi abordări pentru a face fabricația bazată pe laser a componentelor optice și mai precisă, mai rapidă și mai versatilă. Aici nu este vorba doar despre cercetare fundamentală, ci mai ales despre transferul în fabricația industrială.
O parte importantă a acestei lucrări sunt colaborările strânse cu partenerii din industrie. Împreună cu companii din diferite domenii, cercetătorii testează noi procese și lanțuri de procese, adaptate și utilizabile pentru producție. Adesea, se dezvoltă soluții personalizate pentru sarcini concrete.
În viitor, nu va fi vorba doar despre rafinarea metodelor cunoscute, ci și despre descoperirea de noi materiale și designuri. Combinarea designului optic digital adaptat la fabricație cu metodele de fabricație bazate pe laser deschide complet noi posibilități de design. Astfel, pot apărea componente care nu ar putea fi fabricate sau ar necesita un efort foarte mare prin metode clasice – cum ar fi opticile deosebit de compacte sau integrate pentru dispozitive portabile sau utilizarea în spațiu.
De asemenea, integrarea în procesele de fabricație automatizate și conectarea cu tehnici moderne de măsurare va fi extinsă. Astfel, calitatea și eficiența pot fi conectate și mai bine – în conformitate cu o producție durabilă și viabilă.
„Combinarea designului digital și a fabricației bazate pe laser va face posibilă și mai mult în viitor – în special pentru produsele personalizate”, este sigur Edgar Willenborg. În curând, cei din Aachen doresc să atingă cele mai înalte cerințe de precizie cu lanțul de procese pentru fabricația optică bazată pe laser. Laserul este instrumentul perfect pentru aceasta.
Fraunhofer ILT la LASER World of PHOTONICS în hala A3, stand 431.
Contact:
www.ilt.fraunhofer.de
