Na 8. delavnici UKP Ultrafast Laser Technology se je 8. in 9. aprila v Aachnu zbralo 120 strokovnjakov iz 22 držav. Ime že nakazuje: v tej delavnici gre za generiranje in uporabo laserskih pulzov na področju pikosekund (ps) in femtosekund (fs). Ti laserski pulzi lahko obdelujejo praktično vsak material. Raziskave in razvoj so v zadnjih letih ponovno dosegli velike napredke pri generiranju in uporabi, tako da so se strokovne razprave letos poleg novih aplikacij večinoma osredotočile na skaliranje procesov.
Skaliranje z večjo močjo in več valovnimi dolžinami
Trenutno so na voljo industrijsko uporabne laserske žarnice z močjo do 1000 W, na primer od sistemskega ponudnika TRUMPF. Ta laser z energijo pulza do 10 mJ pri dolžinah pulza pod 1 ps je na voljo za teste v Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS-aplikacijskem laboratoriju pri Fraunhofer ILT ali pri TRUMPF samem v Schrambergu.
Pri valovnih dolžinah laserskih sistemov obstaja trend proti ultravijolični (UV) in globoki UV (DUV), razprava pa se je vrtela okoli prednosti manjšega fokusnega mesta ter pri odstranjevanju prozornih materialov. Aplikacije na trgu potrošne elektronike, zlasti proizvodnja zaslonov, spodbujajo nadaljnji razvoj. Tam še vedno prevladujejo ekscimer laserski sistemi, vendar so laserski sistemi UKP na vzponu, kot je bilo slišati od podjetja Coherent.
Podjetje Light Conversion je na delavnici predstavilo zanimive podatke o zmogljivosti in življenjski dobi različnih laserjev. Od več kot 10.000 ur pri 30 W-UV sistemu je pregled dosegel skoraj 30 minut pri testih za generiranje valovne dolžine 172 nanometrov, kar ustreza 6. harmoniki.
Skrb je vzbudil nov sistem podjetja EKSPLA, ki zagotavlja ns- in fs-pulze iz enega laserja. Pulzi so sinhronizirani z virom, uporabniki imajo možnost prosto nastaviti trajanje in razmik pulzov. »To je kot grobo in fino obdelovanje na stroju,« je opazil udeleženec. Sistem podjetja EKSPLA omogoča tudi zelo fleksibilno programiranje MHz in GHz burstov. Ti so bili pred nekaj leti še tema osnovnih predavanj – zdaj pa so standard sodobnih UKP žarnic.
Ker so strokovnjaki v zadnjih letih bolje razumeli procese v materialu, se je fokus delavnice zdaj bolj osredotočil na sistemsko tehnologijo. Posebna pozornost je letos prejela tema oblikovanja žarka. Hamamatsu ponuja nov LCoS-modulator (Liquid Crystal on Silicon), ki zaradi uporabe safirja prenaša zmogljivosti do 700 W oziroma 3 kW/cm². Uporabniki oblikujejo žarke skoraj poljubno – obročne in top-hat profile so le dva primera. Prav tako ustvarjajo večžarkne profile ali popravljajo aberacije.
Podobne modulatorje na osnovi mikroelektromehanskih sistemov (MEMS) je pokazal Silicon Light Machines. So hitrejši (100-500 kHz osveževalna frekvenca) kot LCoS-modulatorji, prenašajo do 10 kW/cm², vendar imajo nižjo ločljivost. Tisti, ki ne potrebujejo fleksibilnosti modulatorjev, se odločijo za difrakcijske optične elemente (DOE), ki združujejo visoko ločljivost z visoko uničevalno mejo. HOLO/OR je predstavila njihove prednosti in slabosti pri uporabi s skenerji.
Ti so prav tako dosegli pomemben napredek. Poligonski skener MOEWE iz Mittweide doseže do 1000 m/s odklonsko hitrost laserskega žarka. Razvijalci so morali rešiti osrednji problem: upravljanje z ogromnimi količinami podatkov do 38 GB na kvadratni meter obdelovalne površine, ki nastanejo pri hitrem graviranju. Pri tiskalnih valjih z več kot 100 kvadratnimi metri površine so zato uporabili segmentirane površine. Za takšne aplikacije strokovnjaki pričakujejo še znatno povečanje produktivnosti z uporabo močnejših žarnic.
Podjetja, kot sta SCANLAB in AEROTECH, ciljano kombinirajo skenerje, akusto-optične modulatorje in aksialne sisteme, da izkoristijo prednosti posameznih sistemov za večji pretok. Tako pričakujejo, da bo kaskadiranje komponent privedlo do višjih delovnih ciklov procesa, kar bo povečalo produktivnost.
Martin Reininghaus je predstavil z večžarknimi stroji Pulsar Photonics še en način za povečanje produktivnosti. Pulsar je razvil koncept večžarkne glave, več skenerjev in več skenerjev. Večžarkne glave so primerne za visoko produktivno proizvodnjo periodičnih struktur, medtem ko pri več skenerjih vsak skener deluje neodvisno. Vendar pa je izziv razdeliti velike količine podatkov in laserske pulze ob pravem času različnim skenerjem.
Kako pomembna je inline-nadzorna kontrola procesov, je pokazal Florian Lendner iz GFH. Z doslednim spremljanjem procesnih in okolijskih parametrov je njegova ekipa identificirala dolgoročno odstopanje, ki ga je bilo mogoče izravnati z avtomatizirano korekcijsko rutino. S tem je bilo mogoče izboljšati oblikovno zvestobo komponent na ± 1 μm, kar je dodatno povečalo natančnost mikroobdelave.
Dr. Jens Ulrich Thomas (Schott AG) je delil izkušnje pri mikrovarjenju stekla. Schott je proces implementiral na ravni wafer in dosega povezave z natezno trdnostjo nad 50 MPa. Podjetje to tehnologijo uporablja na področju medicinske tehnologije. Metode povezovanja brez lepila tam zmanjšujejo stroške odobritve.
Podjetje Lidrotec cilja s svojo posebno aplikacijo laserskih pulzov skozi plast tekočine na trg polprevodnikov, da bi tam zmanjšalo izgube materiala pri ločevanju čipov. V skladu s tem Lidrotec pripravlja tehnologijo za velike industrijske aplikacije.
Laserska tehnologija na dosegu roke: »Tržnica« na kampusu
Ogled laboratorijev Fraunhofer ILT, RWTH »Raziskovalni kampus Digital Photonic Production« ter RWTH Aachen – Katedra za lasersko tehnologijo in RWTH Aachen – Katedra za tehnologijo optičnih sistemov je z devetimi postajami ponudil priložnost, da si v živo ogledate številne tehnologije, predstavljene na delavnici. Ena od predstavljenih aplikacij je bila selektivno lasersko inducirano etching (SLE). Pri tem fokusiran laserski žarek zapiše konturo želenega dela v stekleni polizdelku, ta pa se nato razkrije preko etching procesa.
Astrid Saßmannshausen (Fraunhofer ILT) je v laboratoriju in kasneje na delavnici pokazala, kako proizvaja mikro- in makrooptične komponente, kot so leče, s tem procesom. Prednost te metode je v svobodi oblikovanja („Complexity for free“) in prilagodljivosti. Po ustvarjanju oblike se površina še lasersko polira. UKP-laser lahko tudi neposredno odstranjuje površinski sloj stekla, pri čemer je vedno treba najti kompromis med hitrostjo procesa in kakovostjo površine.
Prikazanih je bilo tudi veliko aktivnosti okoli oblikovanja žarka s pomočjo tekočih kristalnih modulators. Primeri so predhodno predstavili Martin Kratz in Martin Osbild (oba Fraunhofer ILT) za SLE proces in strukturiranje površin.
Z oblikovanjem žarka je mogoče zmanjšati sferične aberacije, ustvariti večžarkovne profile ali oblikovati optične pečate, s katerimi je mogoče strukturirati večje površine naenkrat. Kako te oblike žarkov lahko čim bolj popolno ustvarimo z nevronskimi mrežami, je demonstriral Paul Buske z RWTH Aachen – katedra za tehnologijo optičnih sistemov v svojem predavanju.
Odprt, visoko specializiran, usmerjen v prihodnost – delavnica UKP 2025
„Vedno znova me navduši, kako odprto UKP skupnost tukaj razpravlja o tehničnih podrobnostih,“ se je ob zaključku 8. delavnice UKP Ultrafast Laser Technology razveselil Dr. Dennis Haasler, vodja skupine na Fraunhofer ILT in predsednik delavnice. „Še enkrat se je delavnica izkazala za odlično platformo za izmenjavo med raziskavami in razvojem ter industrijo,“ je dodal Dr. Christian Vedder, vodja oddelka za površinsko tehnologijo na Fraunhofer ILT.
V središču letošnjega dogodka je bila nadaljnja skaliranje proizvodnih procesov, o čemer je bilo razpravljanih številne inovacije, predvsem s področja procesne tehnologije. Naslednja delavnica UKP Ultrafast Laser Technology je načrtovana za 28. in 29. april 2027.
Kontakt:
