La cel de-al 8-lea Workshop UKP Tehnologia Laserului Ultra-Rapid, 120 de experți din 22 de țări s-au întâlnit pe 8 și 9 aprilie la Aachen. Numele sugerează deja: în acest workshop se discută despre generarea și aplicarea pulsurilor laser în domeniul picosecundelor (ps) și femtosecundelor (fs). Aceste pulsuri laser pot prelucra practic orice material. Cercetarea și dezvoltarea au făcut progrese semnificative în ultimii ani în ceea ce privește generarea și aplicarea acestora, astfel încât discuțiile tehnice din acest an s-au concentrat în principal pe noi aplicații și pe scalarea proceselor.
Scalare cu mai multă putere și mai multe lungimi de undă
În prezent, sursele de laser cu fascicul industrial de până la 1000 de wați sunt disponibile, de exemplu, de la furnizorul de sisteme TRUMPF. Acest laser, cu energii de puls de până la 10 mJ la lungimi de puls sub 1 ps, este disponibil pentru teste în laboratorul de aplicații CAPS al Clusterului de Excelență Fraunhofer pentru Surse Fotonic Avansate (Fraunhofer ILT) sau la TRUMPF însăși în Schramberg.
La lungimile de undă ale sistemelor laser există o tendință spre ultraviolet (UV) și deep UV (DUV), discuția referindu-se la avantajele oferite de punctul de focalizare mai mic, precum și la îndepărtarea materialelor transparente. Aplicațiile din piața electronicelor de consum, în special fabricarea display-urilor, stimulează dezvoltarea ulterioară. Deocamdată, laserii excimeri domină, dar laserii cu solid UKP sunt în ascensiune, așa cum s-a putut auzi de la Coherent.
Light Conversion a prezentat la workshop date interesante despre performanța și durata de viață a diferitelor lasere. De la mai mult de 10.000 de ore pentru sistemul UV de 30 W, tabelul a ajuns până la aproape 30 de minute în testele pentru generarea unei lungimi de undă de 172 nanometri, ceea ce corespunde celei de-a 6-a armonice.
Un nou sistem de la EKSPLA a stârnit uimire, care furnizează impulsuri ns și fs dintr-un laser. Impulsurile sunt sincronizate cu o sursă, utilizatorii având opțiunea de a seta liber durata și distanța impulsurilor. „Este ca și cum ai face prelucrare brută și fină pe o mașină”, a observat un participant. Sistemul de la EKSPLA permite, de asemenea, o programare foarte flexibilă a burst-urilor MHz și GHz. Acestea erau acum câțiva ani subiectul prezentărilor fundamentale – între timp, ele fac parte din standardul surselor de radiație UKP moderne.
Deoarece specialiștii au înțeles mai bine procesele din material în ultimii ani, atenția workshop-ului se concentrează acum mai mult pe tehnologia sistemelor. O atenție deosebită a fost acordată în acest an subiectului formării fasciculului. Hamamatsu oferă un nou modulator LCoS (Liquid Crystal on Silicon) care, datorită utilizării safirului, rezistă la puteri de până la 700 de wați sau 3 kW/cm². Utilizatorii pot astfel să formeze fascicule aproape în mod arbitrar – profilele în formă de inel și Top-Hat sunt doar două exemple. De asemenea, ei generează profile multifețete sau corectează aberațiile.
Modulatoare similare bazate pe sisteme micro-electromecanice (MEMS) au fost prezentate de Silicon Light Machines. Acestea sunt mai rapide (rată de reîmprospătare de 100-500 kHz) decât modulatoarele LCoS, suportă până la 10 kW/cm², dar au o rezoluție mai mică. Cei care nu au nevoie de flexibilitatea modulatoarelor se pot întoarce la elementele optice diffractive (DOE), care combină o rezoluție ridicată cu un prag de distrugere înalt. HOLO/OR a prezentat avantajele și dezavantajele acestora în aplicațiile cu sisteme de scanare.
Acestea au realizat de asemenea progrese semnificative. Scannerul cu poligoane de la MOEWE din Mittweida atinge o viteză de deflexie a fasciculului laser de până la 1000 m/s. Dezvoltatorii au trebuit să rezolve o problemă centrală: gestionarea cantităților enorme de date de până la 38 GB pe metru pătrat de suprafață de prelucrare, care apar, de exemplu, în cazul gravării rapide. Pentru cilindrii de presare cu o suprafață de peste 100 de metri pătrați, au optat pentru suprafețe segmentate. Pentru astfel de aplicații, specialiștii se așteaptă la o creștere semnificativă a productivității prin utilizarea surselor de radiație mai puternice.
Companii precum SCANLAB și AEROTECH combină în mod specific scanere, modulatoare acusto-optice și sisteme de axe pentru a valorifica punctele forte ale fiecărui sistem pentru o capacitate mai mare de producție. Astfel, ele se așteaptă ca prin kaskadarea componentelor să obțină un ciclu de funcționare mai mare al procesului, ceea ce duce la o productivitate crescută.
Martin Reininghaus a prezentat cu mașinile cu multi-rază de la Pulsar Photonics o altă modalitate de scalare a productivității. Pentru aceasta, Pulsar a dezvoltat, pe lângă capul cu multi-rază, un concept de Multi-Scanner și un cap de Multi-Scanner. Capetele cu multi-rază sunt potrivite pentru o producție de înaltă productivitate a structurilor periodice, în timp ce în configurațiile Multi-Scanner fiecare scanner poate acționa independent. Aceasta reprezintă o provocare, deoarece este necesar să se distribuie volumele mari de date și impulsurile laser la momentul potrivit către diferitele scanere.
Cât de importantă este controlul procesului inline a arătat Florian Lendner de la GFH. Prin monitorizarea constantă a parametrilor de proces și de mediu, echipa sa a identificat o deriva pe termen lung, care a putut fi compensată printr-o rutină de corecție automatizată. Astfel, conformitatea formelor componentelor a fost îmbunătățită la ± 1 µm, ceea ce a crescut și mai mult precizia microprelucrării.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) a împărtășit experiențe în domeniul micro-sudării sticlei. Schott a implementat procesul la nivel de wafer și obține conexiuni cu o rezistență la tăiere de peste 50 MPa. Compania utilizează tehnologia în domeniul tehnicii medicale. Metodele de îmbinare fără adeziv reduc acolo efortul de aprobat.
Firma Lidrotec vizează piața semiconductorilor cu aplicația sa specială de impulsuri laser printr-un strat de lichid, pentru a reduce pierderile de material în procesul de separare a chip-urilor. În consecință, Lidrotec pregătește tehnologia pentru aplicații la scară largă.
Tehnologia laserului la îndemână: „Marketplace-ul” pe campus
Turul prin laboratoarele Fraunhofer ILT, al RWTH „Forschungscampus Digital Photonic Production” precum și al RWTH Aachen – Catedra de Tehnologia Laserelor și RWTH Aachen – Catedra de Tehnologia Sistemelor Optice a oferit, cu cele nouă stații, ocazia de a vedea în direct multe dintre tehnologiile prezentate în cadrul workshop-ului. O aplicație prezentată a fost Etching-ul Selectiv Indus de Laser (SLE). În acest proces, fasciculul laser focalizat scrie conturul componentei dorite într-un bloc de sticlă, care este apoi expus printr-un proces de gravare.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) a arătat în laborator și mai târziu în workshop cu acest proces cum produce componente micro- și macrooptice, cum ar fi lentile. Avantajul acestui procedeu constă în libertatea de design („Complexitate gratuită”) și personalizabilitate. După generarea formei, suprafața este încă polisată cu laser. Laserul UKP poate, de asemenea, să îndepărteze sticla direct de pe suprafață, unde trebuie găsit întotdeauna un compromis între viteza procesului și calitatea suprafeței.
De asemenea, au fost prezentate multe dintre activitățile legate de formarea fasciculului prin intermediul modulatoarelor de cristale lichide. Exemplele au fost furnizate anterior de Martin Kratz și Martin Osbild (amândoi de la Fraunhofer ILT) pentru procesul SLE și structurarea suprafeței.
Prin formarea fasciculului pot fi reduse aberațiile sferice, generate profile multi-fascicul sau create ștampile optice, cu care pot fi structurate suprafețe mai mari. Cum aceste forme de fascicul pot fi generate cât mai perfect cu rețele neuronale a demonstrat Paul Buske de la RWTH Aachen – Catedra de Tehnologie a Sistemelor Optice în prezentarea sa.
Deschis, foarte specializat, orientat spre viitor – workshop-ul UKP 2025
„Este întotdeauna impresionant cât de deschis vorbește comunitatea UKP aici despre detaliile tehnice”, s-a bucurat Dr. Dennis Haasler, lider de grup la Fraunhofer ILT și președinte al workshop-ului, la încheierea celui de-al 8-lea workshop UKP Tehnologia Laserelor Ultrarapide. „Din nou, workshop-ul s-a dovedit a fi o platformă excelentă pentru schimbul între cercetare și dezvoltare și industrie”, a adăugat Dr. Christian Vedder, șeful departamentului de tehnologia suprafeței de la Fraunhofer ILT.
În centrul atenției în acest an a fost scalarea suplimentară a proceselor de fabricație, pentru care au fost discutate numeroase inovații, în special din domeniul tehnologiei proceselor. Următorul workshop UKP Tehnologia Laserelor Ultrarapide este planificat pentru 28 și 29 aprilie 2027.
Contact:
