滨松和弗劳恩霍夫研究所建立新实验室用于超短脉冲激光材料加工

2022-09-14 10:12

光电巨头滨松和弗劳恩霍夫激光技术研究所（ILT）宣布成立一个应用实验室，专门用于超短脉冲激光的先进激光材料加工。在德国亚琛，合作双方共同开发了一种工业加工用的空间光调制器头（SLM），可以使用定制的动态光束整形与大型激光平均输出功率相结合，用于广泛的应用。滨松的SLM的平均输出功率可以达到150瓦。

在滨松和弗劳恩霍夫ILT的联合应用实验室中，可以使用带有集成高功率SLM的基于扫描仪的工艺头来研究制造工艺。图片来源： Fraunhofer ILT， Aachen， Germany．

多光束系统是关键

超短脉冲（USP）激光可以以最高精度加工几乎任何材料。为了提高USP加工的经济效益，研究采用不同的硬件方法来解决增加超过100瓦的高平均激光功率的问题，从而提升加工速度，降低单位成本。实现大激光功率的一个常用方法是将高能辐射分成许多单独的光束。这种方法已经在工业上得到了应用，特别是用于二维激光材料加工或用于生成周期性图案，如过滤器。

相位掩模被用来从一个入射光束中产生具有大量部分光束的平行光束图案，这与空间光调制器（SLM）一起动态地工作，或与玻璃制成的衍射光学元件（DOE）一起静态地工作。SLM可以动态地改变相位模式，因此也可以改变光束矩阵，而静态DOE可以承受更高的平均功率。由于光束特性可以很容易地调整和定制，SLM特别适合开发使用USP激光辐射的制造工艺。这既适用于光束轮廓，也适用于图案中各个光束的排列。

在批量生产中，如果光束图案必须在加工过程中动态改变，那么SLM就很有优势。如果光束参数是已知的和静态的，DOEs由于其不敏感而成为更好的选择。

联合应用实验室

合作双方在弗劳恩霍夫ILT建立了一个联合应用实验室。在这个实验室里，ILT正在帮助其客户开发制造工艺。此外，它还在新的研究项目中使用其开发的知识和技术。在这个实验室里，一个可用于工业的原型已经准备好用于制造工艺的开发。这包括一个基于扫描仪的工艺头，其中集成了滨松的新型高功率SLM。该加工头被集成到一个带有150W USP激光器的3轴机器中。这种SLM已经针对高平均功率进行了优化，目前正在向市场推出。滨松获得了日本政府的资助，根据跨部战略创新促进计划（SIP）建立了新的实验室。

在亚琛，自2022年5月以来，带有新型SLM的系统已经在各种工艺和应用中使用。联合小组已经研究了不同光束轮廓和聚焦直径的表面和体积消融。灵活的液体调制器消除了更换工具的需要。当应用大的平均激光功率时，工件中的热量分布变得越来越重要，USP工艺的速度和效率也在不断提升。在亚琛工业大学的支持下，ILT已经能够完全模拟这些过程。通过这种方式，可以优化能量分布，从而优化平行光束分布中的热量输入。