多光束激光加工获得科技促进奖

作为一种精密制造工具，超短脉冲激光正在被越来越多的工业用户广泛接受。特别是因为该技术在近些年来取得的技术进步和成果，得以让企业的生产力大大提高。在2020年10月9日举行的弗劳恩霍夫协会年度会议上，一个来自工业研究领域的团队获得了合作研究科技促进奖。该团队开发出的技术可将一束激光束分成16分束。这意味着16个并行的工具，可同时被控制以生成功能表面。

如今，激光加工不仅受到经济发展的驱动，也受到环境的影响。例如，精细的表面结构通常使用压花工具成型，然而传统湿化学蚀刻工艺制造压花工具，通常会对环境造成不利影响。为了提高生产效率，专家们试图用激光直接烧蚀代替传统的湿蚀刻工艺，他们的愿景是让生产技术可持续发展，同时又对环境友好。

目前，激光可以很容易地实现低至几微米的加工精度。然而，与蚀刻工艺不同的是，激光是按顺序加工相关结构的。因此，单台激光器对于大面积的加工效率还是太慢。并行使用多个激光系统的方案具有可行性，但缺点是费用过于昂贵。

面对“高效率生产精细结构”这一行业愿景，来自SchepersGmbH&Co.KG的机械工程师StephanBrüning博士和MatthewsInternationalGmbH的GeraldJenke博士几年前与弗劳恩霍夫激光技术研究所的研究人员携手合作。他们与EdgeWaveGmbHInnovativeLaserSolutions公司的KemingDu博士和LIMOGmbH的ManfredJarczynski博士一起，在“光子学的基础：功能表面和涂层”的框架下，向联邦教育和研究部(BMBF)申请了项目资助。

整个价值链的可持续发展

在MultiSurf联合项目中，ArnoldGillner博士与弗劳恩霍夫激光技术研究所的MartinReininghaus博士、JohannesFinger博士表示：“任何想要成功开发这种复杂技术的人都应该着眼于整个价值链，这需要多种多样的技能，也意味着需要加强团队合作。”

因此，一个跨公司、技术和研究所界限的团队开发了利用激光器进行高效表面结构加工的解决方案，其技术核心是平均功率为500W的新型超短脉冲激光器。一个特殊的光学器件将输入的激光辐射分成多达16个分束，该技术甚至可以扩展到64个分束。这些光束由特殊的晶体单独控制。光束矩阵被引导到待处理的工件表面后，根据需要快速打开和关闭光束以完成加工过程。同时，他们还对最佳材料烧蚀的精确参数进行了模拟，并与弗劳恩霍夫的专家们多年来获得的工艺知识进行了比对。

科技无上限

基于SchepersDigilas机器的基础，各部件被集成到一个新机器系统中。由于它很好地结合了加工质量和速度，这台机器超过了目前所有的压印滚筒结构系统。它可能是世界上第一台能够以100mm3/min的烧蚀速度，对金属进行超短脉冲激光微结构加工的设备。

当然，这项技术可以应用在更广泛的领域，例如其他辊对辊工艺的应用，电池和氢技术方面的应用也在讨论中。对于周期结构的烧蚀，弗劳恩霍夫激光技术研究所也开发了超过300个平行光束的烧蚀系统，但这些光束不能单独控制。所有这些都是生产功能性表面新一代技术的一部分。当激光系统的功率进一步扩大时，未来甚至可以经济地加工更大的表面。例如，通过适当的表面处理，可以降低风力涡轮机或飞机机翼的风阻。

文/弗劳恩霍夫激光技术研究所