Onderzoekers van het Fraunhofer ILT slagen erin om in één seconde 12.000 precisiegaten, kleiner dan 1 µm, te boren. Daartoe wordt de laserstraal van een ultra korte puls laser opgedeeld in 200 afzonderlijke stralen die met scanners het oppervlak bewerken. Dit is een van de innovaties die het Fraunhofer ILT binnenkort presenteert tijdens de UKP Workshop in Aken.

Het multistraal concept voor ultra korte pulslasers opent nieuwe mogelijkheden voor het aanbrengen van micro- en nanostructuren in oppervlakken. De nauwkeurigheid die hiermee behaald wordt, ligt in het sub-micrometer bereik. Tijdens de 5e UKP Workshop: Ultrafast Laser Technology, gaat sprekers in op zowel de technologie als de toepassingen.

Fraunhofer ILT presenteert actuele UKP-technologie

Micrometer boringen: in 10 µm dun edelstraal folie zijn gaten geboord met een diameter van 1 µm en een onderlinge afstand van 10 µm. Zo kan men er per seconde 12.000 boren.

Ontwikkelingen UKP gaan snel

De ontwikkelingen op dit vlak gaan snel, mede doordat ondertussen multi 100W UKP-lasers op de markt beschikbaar zijn. Daarmee laten zich processen schalen, iets dat voor industriële toepassingen nodig is. De huidige beperkingen zitten vooral in de procestechniek, niet langer in de lasertechnologie. De nieuwe lasersystemen vergen bijvoorbeeld scanners die met snelheden tot 1000 m/s werken, net zoals nieuwe concepten voor de straal te delen. “Het gaat er nu om dat we de PK’s op de weg brengen”, vat Arnold Gillner, organisator van de UKP Workshop samen.

Preciezere opdeling van de laserstraal

Wat deze straalgeleiding betreft hebben de Akense onderzoekers de afgelopen jaren wel behoorlijke stappen gezet. Met diffractieve optische elementen (DOE) slagen ze erin om één straal van een ultra korte puls laser op te delen in meer dan 200 kleinere stralen. Ze maken hierbij gebruik van een andere manier om het glasoppervlak te bewerken. Hiervoor zetten ze een natchemisch etsproces in. Hierdoor is de statische straalverdeling veel preciezer dan bij andere technieken. De deelstralen worden met een scannersysteem en een optiek op het werkstuk gericht. Ze kunnen simultaan vrij bewegen over het werkstukoppervlak.

Simulatie van de thermische belasting bij het boren met UKP-lasers.

Doel: binnenkort 20.000 gaten per seconde

Met deze gepatenteerde technologie boort men 12.000 gaten per seconde in een folie. Elk gat heeft een diameter van kleiner dan 1 µm. De afstand tussen de boorgaten is slechts enkele micrometers. De onderzoekers van het Fraunhofer ILT verwachten dat ze binnen afzienbare tijd tot 20.000 precisieboringen per seconde kunnen uitvoeren. Toepassingen voor boren met ultra korte puls laser vindt men in de productie van waterfilters die ziektekiemen tegenhouden, de biotechnologie en de farmacie. Ook denkt men fijnstof te kunnen filteren in PM klassen van 10 tot 1

Warmtevorming wordt een probleem

Een probleem dat bij de multistraaltechniek wel opduikt, is warmtevorming. Tot voor kort werd met ultra korte puls lasers amper warmte in het materiaal gebracht. Maar met dergelijke repeterende waarden is een op maat gemaakt thermisch management nodig. Anders ontstaan er aan de randen thermisch beïnvloedde zones. De oplossing lijkt gevonden. Het gebruikte laservermogen mag een bepaalde waarde, afhankelijk van materiaal en geometrie, niet overschrijden.

De UKP Workshop in Aken vindt op 10 en 11 april plaats. Meer informatie is hier te vinden.

Foto’s: Fraunhofer ILT / Volker Lannert

Hier klikken