Ne glede na to, ali gre za medicinsko tehnologijo, kvantno tehnologijo ali proizvodnjo polprevodnikov - optični sistemi so nepogrešljivi v mnogih visokotehnoloških aplikacijah. Da bi leče, zrcala ali druge komponente izpolnjevale najvišje zahteve, so potrebni proizvodni postopki, ki združujejo natančnost, učinkovitost in prilagodljivost. S proizvodnjo optike na osnovi laserja je mogoče izdelati natančne in funkcionalne komponente z nizko hrapavostjo - od prototipa do serije, od mikrolenskih nizov do makrooptike, od sfere do prosto oblikovane optike.
Na Fraunhofer ILT v Aachen ne uporabljajo laserjev le za rezanje ali varjenje - prevzemajo celotno proizvodnjo optičnih komponent. S selektivnim laserjem induciranim etchingom (SLE) je mogoče na primer obdelovati komponente, kot so leče, v eni sami nastavitvi na sprednji in zadnji strani ter na robu.
Druga metoda je laserska ablacija. Pri tem natančen laserski žarek ciljno odstranjuje material. Tako iz preprostih, poceni surovin, kot so sferični stekleni telesi, nastajajo zelo kompleksne oblike - na primer asfere ali prosto oblikovane optike, ki se uporabljajo v kamerah ali senzorjih.
»Z našimi laserskimi postopki prinašamo optiko neposredno v obliko - brez ovinkov, brez ponovnega nastavljanja, hitro in poceni«, pravi dr. Edgar Willenborg, ki je pomembno prispeval k razvoju teme proizvodnje optike na Fraunhofer ILT. »Še posebej, ko niso zahtevane le preproste sfere, dosegamo najvišjo učinkovitost.«
Po oblikovanju sledi obdelava: Lasersko poliranje površin, ki so po prejšnji obdelavi še hrapave. Laser površino segreje tako občutljivo, da se najmanjše neravnine združijo - v nekaj sekundah, brez mehanskega stika.
Za posebej visoke zahteve glede natančnosti oblike raziskujeta Willenborg in njegova ekipa tako imenovano oblikovno oblikovanje laserskega žarka (LBF). Pri tem se najmanjše odstopanja v obliki v nanometrskih plasteh ciljno odstranjujejo in popravljajo - torej milijoninke milimetra - kar je na primer odločilno pri visokozmogljivih optikah.
Poleg oblikovanja in poliranja razvija Fraunhofer ILT tudi postopke za montažo optičnih sistemov. Sem spadajo natančno lepljenje ali spajanje komponent, da ostanejo stabilne tudi pod obremenitvijo in dolgo časa zanesljivo delujejo.
»Ne glede na to, ali gre za asfere, proste oblike ali klasične leče: pokažemo, da laserska obdelava ne le deluje, temveč je tudi ekonomsko smiselna«, razlaga Christian Vedder, vodja oddelka za tehnologijo površin in oblikovno odstranjevanje.
Raznoliki področja uporabe - od raziskav do serijske proizvodnje
Proizvodnja optike na osnovi laserja na Fraunhofer ILT ni le tehnološko zanimiva - tudi v praksi prikazuje, kaj je mogoče. Razviti postopki se lahko uporabljajo povsod, kjer so potrebni srednji natančnost, visoka učinkovitost in avtomatizacija, na primer v medicinski tehnologiji, kjer so potrebne najmanjše leče za endoskope ali diagnostične naprave, ali v kvantni tehnologiji, kjer nastajajo kompleksne strukture iz stekla, ki usmerjajo in manipulirajo svetlobo. Tudi v industriji polprevodnikov imajo takšne optične komponente pomembno vlogo - na primer pri proizvodnji najfinših struktur na mikročipih.
Še ena prednost: Tehnologije je mogoče prilagoditi fleksibilno - glede na material, obliko ali količino. Ne glede na to, ali gre za en kos za raziskovalni laboratorij ali večjo serijo za industrijske aplikacije - s kombinacijo različnih laserskih postopkov nastane gradnik, ki se lahko natančno prilagodi uporabi.
Sem spadajo tudi podporni procesi, kot so lasersko označevanje in označevanje optičnih komponent ali ločevanje stekla, na primer pri proizvodnji na osnovi waferjev. Tako je mogoče prikazati vse korake v vrednostni verigi - od prve ideje do končnega izdelka.
»Naše tehnologije so še posebej iskane, ko konvencionalni postopki naletijo na svoje meje - na primer pri asferičnih optikah in kompleksnih geometrijah iz stekla«, pravi Edgar Willenborg.
Raziskave in sodelovanje - skupaj razmišljati o proizvodnji optike
Zahteve po optičnih komponentah nenehno naraščajo - v natančnosti, kompleksnosti in količini. Hkrati narašča potreba po fleksibilnih, ekonomskih rešitvah, ki se hitro prilagajajo novim aplikacijam.
V interdisciplinarni ekipi več kot 15 znanstvenih sodelavcev nenehno razvijajo nove pristope, da bi lasersko proizvodnjo optičnih komponent naredili še natančnejšo, hitrejšo in bolj vsestransko. Pri tem ne gre le za temeljne raziskave, temveč predvsem za prenos v industrijsko proizvodnjo.
Pomemben del tega dela so tesna sodelovanja z industrijskimi partnerji. Skupaj s podjetji iz različnih panog raziskovalci preizkušajo nove procese in procesne verige, prilagojene in uporabne za proizvodnjo. Pogosto nastajajo prilagojene rešitve za konkretne naloge.
V prihodnosti ne bo šlo le za izpopolnjevanje znanih postopkov, temveč tudi za odkrivanje novih materialov in oblik. Kombinacija digitalnega oblikovanja, prilagojenega za proizvodnjo, in laserskih proizvodnih metod odpira povsem nove možnosti oblikovanja. Tako lahko nastanejo komponente, ki jih s klasičnimi metodami ni mogoče ali pa so le zelo zapleteno izdelane - na primer posebej kompaktne ali integrirane optike za prenosne naprave ali uporabo v vesolju.
Tudi integracija v avtomatizirane proizvodne procese in povezava z modernimi merilnimi tehnikami se bo še naprej širila. Tako je mogoče še bolje povezati kakovost in učinkovitost - v skladu z načeli trajnostne in prihodnost usmerjene proizvodnje.
»Kombinacija digitalnega oblikovanja in laserske proizvodnje bo v prihodnosti omogočila še mnogo več - zlasti za individualizirane izdelke«, je prepričan Edgar Willenborg. Kmalu želijo Aachenerji s procesno verigo za lasersko proizvodnjo optike doseči tudi najvišje zahteve glede natančnosti. Laser je za to popolno orodje.
Fraunhofer ILT na LASER World of PHOTONICS v dvorani A3, stojnica 431.
Kontakt:
www.ilt.fraunhofer.de
