Así surge la óptica del futuro – del cristal al sistema

»Que podamos representar todos estos pasos en la empresa es una gran ventaja para nuestros socios. No solo reciben pasos individuales del proceso, sino una solución completa y holística«, explica el Dr. Edgar Willenborg. © Fraunhofer ILT, Aachen / "El hecho de que podamos mapear todos estos pasos internamente es una gran ventaja para nuestros socios. No solo obtienen pasos individuales del proceso, sino una solución completa e integral," explica el Dr. Edgar Willenborg. © Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania

Se está desarrollando en el Fraunhofer ILT una nueva generación de componentes ópticos – fabricados más rápido, con forma precisa y adaptados exactamente a la aplicación. © Fraunhofer ILT, Aachen / Se está desarrollando en el Fraunhofer ILT una nueva generación de componentes ópticos – fabricados más rápido, con forma precisa y adaptados exactamente a la aplicación. © Fraunhofer ILT, Aachen, Alemania

Desde el diseño hasta el acabado y el montaje, desde el boceto hasta el control final: la nueva cadena de procesos láser para ópticas en el Fraunhofer ILT en Aquisgrán. © Fraunhofer ILT, Aquisgrán

Desde el diseño hasta el acabado y el ensamblaje, desde el borrador hasta la inspección final: la nueva cadena de procesos láser para óptica en Fraunhofer ILT en Aquisgrán. © Fraunhofer ILT, Aquisgrán, Alemania

Ya sea en la tecnología médica, la tecnología cuántica o la fabricación de semiconductores, los sistemas ópticos son imprescindibles en muchas aplicaciones de alta tecnología. Para que lentes, espejos u otros componentes cumplan con los requisitos más exigentes, se necesitan procesos de fabricación que combinen precisión, eficiencia y flexibilidad. En el Instituto Fraunhofer para Tecnología Láser ILT se desarrollan soluciones a medida, que consisten en unos pocos pasos individuales altamente eficientes y extremadamente productivos. Con la fabricación óptica basada en láser, se pueden producir componentes formados con precisión y funcionales, con baja rugosidad, desde prototipos hasta series, desde matrices de micro lentes hasta ópticas macro, desde esferas hasta ópticas de forma libre.

En el ILT de Fraunhofer en Aquisgrán, los láseres no se utilizan simplemente para cortar o soldar, sino que asumen la fabricación completa de componentes ópticos. Con el grabado láser selectivo (SLE), por ejemplo, se pueden trabajar componentes como lentes en una sola sujeción en la parte frontal y trasera, así como en el borde.

Otro método es la ablación láser. En este proceso, un haz láser preciso elimina material de manera dirigida. Así, formas altamente complejas, como asféricas u ópticas de forma libre, que se utilizan en cámaras o sensores, se producen a partir de piezas básicas sencillas y económicas, como cuerpos de vidrio esféricos.

»Con nuestros procesos láser, damos forma directamente a las ópticas, sin intermediarios, sin reconfiguración, de manera rápida y económica«, dice el Dr. Edgar Willenborg, quien ha contribuido significativamente a la creación del tema de fabricación óptica en el ILT de Fraunhofer. »Especialmente cuando no solo se requieren esferas simples, alcanzamos la máxima eficiencia.«

Tras la conformación, sigue el acabado: el láser pule superficies que todavía son ásperas tras el procesamiento previo. El láser calienta la superficie de manera tan delicada que las pequeñas irregularidades se fusionan, en cuestión de segundos, sin contacto mecánico.

Para requisitos especialmente altos de precisión en la forma, Willenborg y su equipo investigan el denominado Laser Beam Figuring (LBF). En este proceso, se eliminan y corrigen de manera selectiva las mínimas desviaciones de forma en capas de nanómetros, es decir, en millonésimas de milímetro, lo cual es decisivo en ópticas de alto rendimiento.

Además de la conformación y el pulido, el ILT de Fraunhofer desarrolla también procesos para el montaje de sistemas ópticos. Esto incluye el pegado o soldadura precisos de componentes, para que permanezcan estables incluso bajo carga y funcionen de manera fiable durante mucho tiempo.

»Ya sean asféricas, formas libres o lentes clásicas: mostramos que el procesamiento basado en láser no solo funciona, sino que también tiene sentido desde un punto de vista económico«, explica Christian Vedder, jefe del departamento de tecnología de superficies y eliminación de forma.

Aplicaciones versátiles – desde la investigación hasta la fabricación en serie

La fabricación óptica basada en láser en el ILT de Fraunhofer no solo es tecnológicamente emocionante, sino que también demuestra en la práctica lo que es posible. Los procesos desarrollados pueden aplicarse en cualquier lugar donde se requiera precisión media, alta eficiencia y automatización, por ejemplo, en tecnología médica, donde se necesitan lentes diminutas para endoscopios o dispositivos de diagnóstico, o en tecnología cuántica, donde se crean estructuras complejas de vidrio que guían y manipulan la luz. También en la industria de semiconductores, estos componentes ópticos juegan un papel importante, por ejemplo, en la fabricación de estructuras muy finas en microchips.

Otra ventaja es que las tecnologías se pueden adaptar de manera flexible, dependiendo del material, la forma o la cantidad de piezas. Ya sea una pieza individual para un laboratorio de investigación o una serie mayor para aplicaciones industriales, la combinación de diferentes procesos láser crea un conjunto de herramientas que puede ajustarse exactamente a la aplicación.

Además, se incorporan procesos complementarios como el marcado y la etiquetado láser de componentes ópticos o el corte de vidrio, por ejemplo, en la fabricación basada en obleas. De esta manera, se pueden representar todos los pasos a lo largo de la cadena de valor, desde la primera idea hasta el producto final.

»Nuestras tecnologías son especialmente demandadas cuando los métodos convencionales alcanzan sus límites, por ejemplo, en ópticas asféricas y geometrías complejas de vidrio«, afirma Edgar Willenborg.

Investigación y colaboración – pensar juntos en la fabricación óptica

Las demandas sobre componentes ópticos aumentan constantemente en precisión, complejidad y cantidad. Al mismo tiempo, crece la necesidad de soluciones flexibles y económicas que puedan adaptarse rápidamente a nuevas aplicaciones.

En un equipo interdisciplinario, más de 15 investigadores desarrollan continuamente nuevos enfoques para hacer la fabricación láser de componentes ópticos aún más precisa, rápida y versátil. Esto no solo implica investigación básica, sino sobre todo la transferencia a la fabricación industrial.

Una parte importante de este trabajo son las estrechas colaboraciones con socios industriales. Junto con empresas de diversos sectores, los investigadores prueban nuevos procesos y cadenas de procesos, adaptándolos y haciéndolos utilizables para la producción. Muchas veces, surgen soluciones a medida para tareas concretas.

En el futuro, no solo se tratará de perfeccionar los procesos existentes, sino también de explorar nuevos materiales y diseños. La combinación de diseño óptico digital orientado a la fabricación y métodos de fabricación basados en láser abre posibilidades completamente nuevas. Así, pueden crearse componentes que con métodos tradicionales serían muy difíciles o imposibles de fabricar, como ópticas especialmente compactas o integradas para dispositivos portátiles o su uso en el espacio.

También se ampliará la integración en procesos de fabricación automatizados y la conexión con técnicas modernas de medición. Esto permitirá mejorar aún más la calidad y la eficiencia, en línea con una producción sostenible y orientada al futuro.

»La combinación de diseño digital y fabricación basada en láser permitirá en el futuro muchas más cosas, especialmente en productos personalizados«, afirma con seguridad Edgar Willenborg. En breve, los aachenenses quieren alcanzar los más altos requisitos de precisión con la cadena de procesos para la fabricación óptica basada en láser. El láser será la herramienta perfecta para ello.