Чи то в медичній техніці, квантовій технології або виробництві напівпровідників – оптичні системи є невід'ємною частиною багатьох високих технологій. Щоб лінзи, дзеркала чи інші компоненти відповідали найвищим вимогам, необхідні технології виробництва, які поєднують точність, ефективність і гнучкість. Завдяки лазерному виробництву оптики можна виготовляти формо- та функціонально точні деталі з низькою шорсткістю – від прототипу до серії, від масиву мікролінз до макрооптики, від сфери до вільноформованої оптики.
У Fraunhofer ILT в Аахені лазери використовуються не лише для різання або зварювання – вони виконують повний процес виготовлення оптичних компонентів. Завдяки селективному лазерно-індукованому травленню (SLE) можна, наприклад, обробляти компоненти, такі як лінзи, в одній установці з передньої та задньої сторони, а також по краях.
Ще один метод - це лазерна абляція. При цьому точний лазерний промінь цілеспрямовано видаляє матеріал. Таким чином, з простих, недорогих заготовок, таких як сферичні скляні тіла, виникають висококомплексні форми - наприклад, асфери або вільноформні оптики, які використовуються, наприклад, у камерах або сенсорах.
«Завдяки нашим лазерним процесам ми формуємо оптики безпосередньо – без обхідних шляхів, без повторного затискання, швидко та економічно», – говорить доктор Едгар Вілленборг, який суттєво сприяв розвитку теми виробництва оптики в Fraunhofer ILT. «Особливо коли потрібні не лише прості сфери, ми досягаємо найвищої ефективності.»
Після формування слідує обробка: лазер полірує поверхні, які після попередньої обробки ще грубі. Лазер нагріває поверхню настільки чутливо, що найменші нерівності зливаються – всього за кілька секунд, без механічного контакту.
Для особливо високих вимог до формальної точності Вілленборг та його команда досліджують так звану лазерну корекцію форми (LBF). При цьому найменші відхилення форми в нанометрових шарах цілеспрямовано знімаються та коригуються – тобто мільйонні частки міліметра – що, наприклад, є вирішальним для високопродуктивних оптик.
Окрім формування та полірування, Fraunhofer ILT також розробляє методи для монтажу оптичних систем. До них належать точне склеювання або паяння компонентів, щоб вони залишалися стабільними під навантаженням і надійно працювали протягом тривалого часу.
«Чи то асфери, вільні форми чи класичні лінзи: ми показуємо, що лазерна обробка не лише працює, але й економічно доцільна», - пояснює Крістіан Веддер, керівник відділу обробки поверхонь та формового зняття.
Різноманітні сфери застосування – від досліджень до серійного виробництва
Лазерне оптичне виробництво в Fraunhofer ILT не лише технологічно цікаве – воно також демонструє на практиці, що можливо. Розроблені методи можуть бути використані скрізь, де потрібна середня точність, висока ефективність та автоматизація, наприклад, у медичній техніці, де потрібні найменші лінзи для ендоскопів або діагностичних пристроїв, або в квантовій технології, де виникають складні структури зі скла, які проводять та маніпулюють світлом. Також в напівпровідниковій промисловості такі оптичні компоненти відіграють важливу роль – наприклад, при виготовленні найтонших структур на мікрочіпах.
Ще одна перевага: технології можна гнучко налаштовувати – залежно від матеріалу, форми чи кількості. Чи то одиничний виріб для дослідницької лабораторії, чи більша серія для промислових застосувань – завдяки поєднанню різних лазерних процесів створюється модульна система, яка може бути точно налаштована під конкретне застосування.
До цього додаються підтримуючі процеси, такі як лазерне маркування та позначення оптичних компонентів або розділення скла, наприклад, під час виробництва на основі ваферів. Таким чином, можна відобразити всі етапи вздовж ланцюга створення вартості – від першої ідеї до готового продукту.
«Наші технології особливо затребувані, коли традиційні методи досягають своїх меж – наприклад, при виготовленні асферичних оптик та складних геометрій зі скла», – говорить Едгар Вілленборг.
Дослідження та співпраця – разом переосмислюємо виробництво оптики
Вимоги до оптичних компонентів постійно зростають – в точності, складності та кількості. Одночасно зростає потреба у гнучких, економічних рішеннях, які можна швидко адаптувати до нових застосувань.
У міждисциплінарній команді більше 15 наукових співробітників постійно розробляють нові підходи, щоб лазерне виробництво оптичних компонентів стало ще точнішим, швидшим і універсальнішим. При цьому йдеться не лише про фундаментальні дослідження, а насамперед про передачу в промислове виробництво.
Важливою частиною цієї роботи є тісна співпраця з промисловими партнерами. Разом з компаніями з різних галузей дослідники тестують нові процеси та процесні ланцюги, адаптовані та готові до використання у виробництві. Часто в результаті цього виникають індивідуальні рішення для конкретних завдань.
У майбутньому йдеться не лише про вдосконалення відомих процесів, а й про відкриття нових матеріалів і дизайнів. Комбінація цифрового оптичного дизайну, що відповідає вимогам виробництва, та лазерних методів виготовлення відкриває зовсім нові можливості для дизайну. Таким чином, можуть з'явитися компоненти, які не можуть бути виготовлені класичними методами або їх виготовлення буде дуже складним – наприклад, особливо компактні або інтегровані оптики для носимих пристроїв або для використання в космосі.
Також інтеграція в автоматизовані виробничі процеси та зв'язок з сучасними вимірювальними технологіями буде продовжуватися. Це дозволить ще краще поєднувати якість та ефективність – у повній відповідності з принципами стійкого та перспективного виробництва.
«Комбінація цифрового дизайну та лазерного виробництва в майбутньому відкриє ще більше можливостей – особливо для індивідуалізованих продуктів», впевнений Едгар Вілленборг. Незабаром аахенці планують досягти найвищих вимог до точності з процесом виробництва лазерної оптики. Лазер є ідеальним інструментом для цього.
Fraunhofer ILT на LASER World of PHOTONICS у залі A3, стенд 431.
Контакт:
www.ilt.fraunhofer.de
