Vervangt de laser de mechanische productie van optieken?
Fraunhofer ILT laat in mei op de beurs Optatec zien hoe je met laser optieken produceert met vormen en eigenschappen waarbij mechanische processen op hun grenzen stoten. Dankzij de numeriek gestuurde processen zonder vormgereedschap zijn de verwerkingstijden niet langer afhankelijk van de lensvorm. Dit resulteert in duidelijke kostenvoordelen, vooral voor complexe geometrieën. Gebeurt de toekomstige productie van optische componenten alleen nog met de laser?
De aanhoudende trend naar asferische en vrije-vorm optiek vergt het uiterste van de klassieke procesketens in de optische industrie, die puur gebaseerd zijn op mechanische verwerking. In de toekomst, zo verwacht Edgar Willenborg, groepsleider Polijsten bij het Fraunhofer ILT in Aken, zal de lasergebaseerde productie van optieken de overhand krijgen. Via laserpolijsten halen de Akense wetenschappers al vormnauwkeurigheden in het nanometerbereik.
Fraunhofer ziet toekomst voor laser gebaseerde processen voor optieken en lenzen
Ruwheid in subnanometer bereik
De basis van deze lasergebaseerde procesketen van de toekomst is het modelleren met ultrakorte pulslasers (USP) of subtractief selectief lasergeïnduceerd etsen (SLE). Op de agenda van het Fraunhofer ILT staat ook het laserpolijsten van glazen en, indien nodig, polymeerlenzen en precisievormcorrectie in de high-end sector. Dit laatste is al gedemonstreerd door een team onder leiding van Emrah Uluz, onderzoeksmedewerker in het onderzoeksgebied Shape Correction of Optics van de Fraunhofer ILT, met behulp van CO2- en USP-lasers. CO2 lasers worden ook gebruikt voor laserpolijsten. Vier vijfde van hun gekoppelde energie wordt geabsorbeerd in de bovenste lagen van glas. De penetratiediepte ligt tussen 3 en maximaal 30 µm. Hier smelt het glas, verandert in een honingachtige toestand en wordt dan automatisch gladder als het afkoelt door de oppervlaktespanning. Dit omsmelten van de oppervlaktelaag, inclusief het gladmaken van het oppervlak door de interfaciale spanning, resulteert in uitstekende oppervlaktekwaliteiten: ruwheid in het sub-nanometerbereik stelt nieuwe normen en bepaalt laserprocessen voor toepassingen die de hoogste optische prestaties vereisen.
Nu nog aanvullend, straks de dominante productiemethode?
Op dit moment zijn de lasergebaseerde bewerkingen in de productie van lenzen nog aanvullend op de mechanische. Bij het Fraunhofer ILT verwacht men dat dit komende jaren verandert. Met behulp van lasertechnologie wordt het gemakkelijker om zowel micro- als macro optieken te maken alsook uniek gevormde. Tijdens de beurs Optatec in Frankfurt gunt het onderzoeksinstituut de bezoekers een inkijk in de huidige status van laserbegaseerde optiekproductie en waar het naar toe gaat. “Lasergebaseerde processen bieden aanzienlijke voordelen op het gebied van energie- en grondstoffenefficiëntie, vooral voor complexe geometrieën,” zegt Willenborg. Laserbewerking maakt de weg vrij voor het gebruik van asferische en vrije-vorm optiek in toepassingen. Dit alleen al vermindert het ontwerp en de kosten van optische systemen. Want als de vorm van de optiek kan worden aangepast aan de specifieke eisen, kunnen zeer complexe optische systemen worden gerealiseerd met aanzienlijk minder afzonderlijke componenten.
Half oktober organiseert het Fraunhofer ILT voor het eerst de Conference on Laser-based Optics Manufacturing, als onderdeel van de 6th Conference on Laser Polishing LaP
