Fraunhofer ILT opracowuje lasery, które mogą ciąć szkło w dowolny kształt

Cięcie szkła może być niebezpiecznym i trudnym procesem - ale dzięki specjalnie ukształtowanym ultrakrótkim impulsom laserowym opracowanym przez Instytut Fraunhofera dla Technologii Laserowej ILT, nie musi tak być. To właśnie pokazy smartfonów spowodowały, że naukowcy z Fraunhofer ILT zastanawiali się, w jaki sposób można szybko i łatwo oddzielić okrągłe kształty w szkle hartowanym. Dzięki laserom ultradźwiękowym (USP) szkło może być modyfikowane i łamane wzdłuż dowolnego konturu bez uwalniania kurzu i pozostałości.

W przeciwieństwie do innych technik cięcia szkła, lasery nie zarysowują powierzchni szkła, ale zamiast tego wytwarzają małe naprężenia materiału wewnątrz objętości materiału, co powoduje czyste krawędzie, gdy materiał jest oddzielany. Wymaga to specjalnego rozkładu intensywności w promieniu lasera, z długą talią wiązki i stromo nachylonym profilem intensywności.

Współczesne dyfrakcyjne elementy optyczne (DOE) mogą kształtować światło w prawie każdym kształcie. Dzięki swojej strukturze dyfrakcyjnej wiązka laserowa może być precyzyjnie regulowana, dzięki czemu specjalne belki lub złożone wzory mogą być generowane z pojedynczej wiązki. DOE może również rozprowadzać energię pojedynczej wiązki na cały szereg podobnych częściowych wiązek. Skomplikowane struktury dyfrakcyjne są specjalną cechą DOE.

Opracowanie tych optyki rozpoczyna się od komputera, na którym naukowcy obliczają małe wzorce fazowe, które wytwarzają pożądany rozkład wiązki. Za pomocą programowalnego przestrzennego modulatora światła testują obliczone struktury za pomocą korekt fazy w oparciu o piksele i analizują wygenerowaną wiązkę za pomocą mikroskopu. Po kilku iteracjach, optymalne struktury DOE są litograficznie wpisane w szkło. DOE mogą być również używane jako czyste szkło optyczne z ponad 100 watowymi laserami USP. Oprócz dyfraktometrów DOE, refrakcyjne elementy optyczne (ROE) są często wykorzystywane do formowania wiązki, ponieważ mogą załamać wiązki z mocą w zakresie kilkuset watów.

DOE i ROE mają wysoką stabilność termiczną i tym samym oferują wiele korzyści w zwiększaniu produktywności systemów laserowych USP. Naukowcy z Fraunhofer ILT opracowali DOE, które tworzą zestaw do 196 podobnych wiązek z jednej potężnej wiązki laserowej USP. Nawet gdy pojedyncze belki są wykorzystywane do przetwarzania, te elementy optyczne otwierają wiele możliwości. Specjalnie ukształtowane wiązki laserowe USP mogą strukturować powierzchnie, wprowadzać naprężenia do objętości szkła lub lokalnie zmieniać współczynnik załamania światła.

Naukowcy z Fraunhofer ILT,wraz z Katedrą Technologii Laserowej LLT w RWTH Aachen University i partnerami branżowymi analizują, w jakim stopniu można kształtować wiązki laserowe USP. W badania i rozwój biorą również udział firmy TRUMPF i 4JET Technologies, działające w ramach kampusu badawczego Digital Photonic Production DPP, inicjatywa finansowa niemieckiego Federalnego Ministerstwa Edukacji i Badań (BMBF).

Uczestnicy pracują w szczególności nad przetwarzaniem szkła do wyświetlaczy head-up dla przemysłu motoryzacyjnego. Specjaliści w programie "Femto DPP" wytwarzają w szkle wymiary o wielkości mikrometrycznej, które odbijają światło LED pod pewnym kątem, ponieważ jest to potrzebne do wyświetlania przezierników. Laser używany w obróbce skrawaniem może być również wykorzystywany do generowania określonych punktów zerwania, które są wprowadzane w kontrolowany sposób w celu późniejszego szybkiego cięcia szkła. Oczekuje się, że przetwarzanie będzie mogło działać na dowolnych zakrzywionych panelach szklanych w przyszłości. CD3D .

Technologia Femtoprint ma ogromny potencjalny wpływ na przemysł. W optyce, ale także w elektronice, femtoprint i inne technologie nanoprintingowe mogą być wykorzystywane do wytwarzania dwóch i trójwymiarowych kształtów w nanoskali. Formularze te można wykorzystywać do mikroprzepływów lub mikrourządzeń szklanych i wykonywać drukowanie 3D na obiektach w nanoskali. Dzięki zaawansowanej obróbce laserowej w tej skali Fraunhofer rozwija przyszłe aplikacje do drukowania 3D i pomaga w drukowaniu 3D, tworząc rzeczy o wielkości miliardowej metra.