На 8-му семінарі UKP з ультрашвидкої лазерної технології 8 та 9 квітня в Аахені зустрілися 120 експертів з 22 країн. Назва вже натякає на це: у цьому семінарі йдеться про генерацію та застосування лазерних імпульсів у діапазоні піскосекунд (ps) та фемтосекунд (fs). Ці лазерні імпульси можуть обробляти практично будь-який матеріал. Дослідження та розробки за останні роки знову зробили великі кроки вперед у генерації та застосуванні, тому фахові обговорення цього року, поряд з новими застосуваннями, в основному зосереджувалися на масштабуванні процесів.
Масштабування з більшою потужністю та більшою кількістю довжин хвиль
В даний час доступні промислові лазерні джерела випромінювання потужністю до 1000 Вт, наприклад, від постачальника систем TRUMPF. Цей лазер з енергією імпульсів до 10 мДж при тривалості імпульсів менше 1 пс доступний для тестування в лабораторії застосувань Fraunhofer Cluster of Excellence Advanced Photon Sources CAPS або безпосередньо у TRUMPF у Шрамберзі.
У довжинах хвиль лазерних систем спостерігається тенденція до ультрафіолетового (UV) та глибокого ультрафіолетового (DUV) діапазонів. Обговорення зосереджувалося на перевагах, які надає менша фокусна пляма, а також на видаленні прозорих матеріалів. Застосування на ринку споживчої електроніки, зокрема у виробництві дисплеїв, сприяють подальшому розвитку. Поки що домінують ексимерні лазери, але лазери на твердому тілі з ультракороткими імпульсами (UKP) набирають популярність, про що можна почути від компанії Coherent.
Компанія Light Conversion на семінарі представила цікаві дані про потужність і тривалість роботи різних лазерів. Від понад 10 000 годин для 30 Вт-УФ-системи огляд доходив до майже 30 хвилин під час тестів на генерацію довжини хвилі 172 нанометри, що відповідає 6-й гармоніці.
Новою системою EKSPLA, яка забезпечує ns- та fs-пульси з одного лазера, викликала подив. Пульси синхронізовані з джерелом, користувачі мають можливість вільно налаштовувати тривалість і інтервал пульсів. «Це як груба обробка та фінішна обробка на верстаті», - зауважив один з учасників. Система EKSPLA також дозволяє дуже гнучке програмування імпульсів у MHz та GHz. Ще кілька років тому це були теми основних доповідей – тепер вони стали стандартом сучасних джерел УКП-проміння.
Оскільки фахівці в останні роки краще зрозуміли процеси в матеріалі, фокус семінару тепер більше зосереджений на системній техніці. Особливу увагу цього року отримала тема формування променів. Hamamatsu пропонує для цього новий LCoS-модуль (рідкокристалічний на кремнії), який завдяки використанню сапфіру витримує потужності до 700 ват або 3 кВт/см². Користувачі формують промені практично без обмежень – профілі у вигляді кільця та "топ-хат" є лише двома прикладами. Вони також створюють мультипромінні профілі або коригують аберації.
Схожі модулятори на основі мікроелектромеханічних систем (MEMS) продемонстрували Silicon Light Machines. Вони швидші (частота оновлення 100-500 кГц) ніж LCoS-модулятори, витримують до 10 кВт/см², але мають нижчу роздільну здатність. Ті, хто не потребує гнучкості модуляторів, звертаються до дифракційних оптичних елементів (DOE), які поєднують високу роздільну здатність з високим порогом руйнування. HOLO/OR представила їхні переваги та недоліки в застосуванні зі скануючими системами.
Останні також досягли значних успіхів. Полігональний сканер MOEWE з Мітвайди досягає швидкості відхилення лазерного променя до 1000 м/с. Розробникам довелося вирішити центральну проблему: обробку величезних обсягів даних до 38 ГБ на квадратний метр оброблювальної площі, які виникають, наприклад, під час швидкого гравірування. Для друкарських валків площею понад 100 квадратних метрів вони вирішили використовувати сегментовані площі. Для таких застосувань фахівці очікують ще значного збільшення продуктивності завдяки використанню потужніших джерел випромінювання.
Компанії, такі як SCANLAB та AEROTECH, цілеспрямовано поєднують сканери, акусто-оптичні модулятори та системи осей, щоб використати переваги відповідних систем для підвищення пропускної здатності. Вони очікують, що каскадування компонентів призведе до вищого циклу роботи процесу, що, у свою чергу, підвищить продуктивність.
Мартін Рейнігхаус представив з багатопроменевими машинами Pulsar Photonics ще один спосіб підвищення продуктивності. Для цього Pulsar розробив концепцію багатопроменевого головки, а також багатосканерної та багатосканерної головки. Багатопроменеві головки підходять для високопродуктивного виготовлення періодичних структур, тоді як у багатосканерних установках кожен сканер може діяти незалежно. Однак це створює виклик у розподілі великих обсягів даних та лазерних імпульсів у потрібний час між різними сканерами.
Як важлива інлайн-контроль процесу продемонстрував Флоріан Лендер з GFH. Завдяки послідовному моніторингу процесу та параметрів навколишнього середовища його команда виявила довгостроковий дрейф, який вдалося компенсувати за допомогою автоматизованої коригувальної рутини. Це дозволило покращити точність формування компонентів до ± 1 мкм, що ще більше підвищило точність мікрообробки.
Доктор Єнс Ульріх Томас (Schott AG) поділився досвідом мікрозварювання скла. Schott впровадила процес на рівні ваферів і досягає з'єднань з міцністю на зсув понад 50 МПа. Компанія використовує цю технологію в галузі медичної техніки. Безклеєві з'єднувальні технології зменшують витрати на отримання дозволів.
Компанія Lidrotec націлена на ринок напівпровідників зі своєю спеціальною аплікацією лазерних імпульсів через шар рідини, щоб зменшити втрати матеріалу при розділенні чіпів. Відповідно, Lidrotec готує технологію для масштабних промислових застосувань.
Лазерні технології на дотик: «Маркетплейс» на кампусі
Екскурсія лабораторіями Fraunhofer ILT, дослідницьким кампусом RWTH "Цифрове фотонне виробництво", а також кафедрами лазерних технологій та оптичних систем RWTH Aachen запропонувала дев'ять станцій, на яких була можливість вживу ознайомитися з багатьма технологіями, представленими на семінарі. Одним із продемонстрованих застосувань було селективне лазерно-індуковане травлення (SLE). При цьому фокусований лазерний промінь наносить контур бажаного компонента на скляний заготовку, яка потім підлягає травленню для виявлення.
Астрід Сасманншаузен (Fraunhofer ILT) продемонструвала в лабораторії, а пізніше на семінарі, як вона виготовляє мікро- та макрооптичні компоненти, такі як лінзи, за допомогою цього процесу. Перевага цього методу полягає у свободі дизайну («Complexity for free») та можливості індивідуалізації. Після створення форми поверхня ще лазерно полірується. Лазер UKP може також безпосередньо знімати поверхневий шар скла, при цьому завжди потрібно знаходити компроміс між швидкістю процесу та якістю поверхні.
Також було показано багато заходів, пов'язаних з формуванням променя за допомогою рідкокристалічних модуляторів. Приклади надали раніше Мартін Кратц та Мартін Осбілд (обидва Fraunhofer ILT) щодо процесу SLE та структуризації поверхні.
Завдяки формуванню променя можна зменшити сферичні аберації, створити мультипромінні профілі або сформувати оптичні штампи, за допомогою яких можна структуризувати більші площі одночасно. Як ці форми променя можуть бути максимально досконало створені за допомогою нейронних мереж, продемонстрував Пауль Буске з RWTH Aachen – кафедра технології оптичних систем у своїй доповіді.
Відкритий, високо спеціалізований, орієнтований на майбутнє – семінар UKP 2025
«Знову вражає, як відкрито спільнота UKP говорить тут про технічні деталі», – зрадів доктор Деніс Хасслер, керівник групи в Fraunhofer ILT та голова семінару, під час закриття 8-го семінару UKP Ultrafast Laser Technology. «Семінар знову довів, що є відмінною платформою для обміну між дослідженнями, розробками та промисловістю», – додав доктор Крістіан Веддер, керівник відділу технології поверхні Fraunhofer ILT.
Цього року в центрі уваги була подальша масштабованість виробничих процесів, для чого обговорювалися численні інновації, особливо в галузі процесної техніки. Наступний семінар UKP Ultrafast Laser Technology заплановано на 28-29 квітня 2027 року.
Контакт:
