Clase más masa

A través de un nuevo método de fabricación, LIMO puede producir lentes FAC de alta precisión en cantidades extremadamente grandes. (Fuente de la imagen: LIMO) / A new production method allows LIMO to fabricate high-precision FAC lenses in extremely large quantities. (Image: LIMO)

LIMO es el único fabricante en el mundo que puede producir lentes FAC de vidrio en obleas de 140 mm x 140 mm. (Fuente de la imagen: LIMO) / LIMO is the world's only manufacturer capable of producing FAC lenses from glass on wafers measuring 140mm x 140mm. (Image: LIMO)

La LIMO GmbH, fabricante de microópticas de alta precisión para sistemas láser, ha logrado un avance en el proceso de fabricación de lentes FAC para todo tipo de fuentes láser diodo-pumpadas. La empresa de Dortmund ha conseguido hacer que la producción de lentes de alta precisión sea apta para producción en masa.

Las lentes FAC para sistemas láser son un componente central para muchas tecnologías innovadoras. Ya se utilizan en aeroespacial, tecnología médica, fotovoltaica, fabricación de pantallas y procesamiento de materiales. La cantidad prevista de unidades aumentará significativamente con su uso en la fabricación aditiva (impresión 3D) y en sistemas LIDAR (detección y rango por láser). Los sistemas LIDAR para conducción autónoma son un componente especialmente relevante en seguridad y también se emplean en entornos adversos. Requieren, además de alta calidad, un funcionamiento seguro y estable a largo plazo. Estas exigencias solo pueden ser satisfechas por sistemas láser con microópticas de vidrio de alta gama.

El componente más importante para la calidad de los sistemas es la lente "Fast-Axis Collimator" (lente FAC). La lente se fabrica con vidrio de alta calidad y tiene una superficie azilíndrica. Sin embargo, los métodos de fabricación actualmente disponibles aún deben demostrar que pueden producir en grandes cantidades con calidad óptica constante y a precios atractivos. Ahora, LIMO ha logrado hacer que el proceso de fabricación de lentes FAC sea apto para producción en serie con la calidad requerida.

Oblea de 140 mm para la fabricación de lentes FAC

La GmbH LIMO produce las lentes FAC a partir de obleas, de modo que varias miles de lentes hechas con vidrios de alta calidad se fabrican en un solo paso. Los desafíos en la producción en masa de ópticas de vidrio muy complejas radican en el procesamiento de grandes superficies de obleas con una precisión constante. El fabricante de Dortmund ha alcanzado un avance con una oblea de 140 mm x 140 mm para un proceso con volúmenes muy altos. Según su propia información, ya está en preparación la siguiente generación de obleas aún mayores.

En los métodos tradicionales de moldeo por prensado de vidrio, las lentes de vidrio se procesan a altas temperaturas, aproximadamente entre 600 y 800 °C. Para garantizar una alta calidad óptica, los vidrios solo deben calentarse y enfriarse lentamente. Especialmente, el proceso de enfriamiento debe ajustarse con precisión para evitar tensiones no deseadas en el material. Además, en superficies de vidrio más grandes, durante el calentamiento se producen fluctuaciones de temperatura que solo pueden minimizarse con un alto esfuerzo técnico. Debido a estas limitaciones, el método de fabricación "caliente" presenta varias desventajas en series grandes y solo es parcialmente escalable.

Lo especial del proceso de LIMO es la fabricación de lentes de vidrio a temperatura ambiente. La empresa pudo aumentar el tamaño de las obleas y, al mismo tiempo, reducir el ciclo por oblea a menos de 60 minutos. La ventaja del proceso "frío": al procesar el vidrio a temperatura ambiente, la velocidad de producción no compromete la calidad de las lentes. LIMO es el único fabricante en el mundo que domina este proceso en producción en serie.

El secreto de la calidad: un proceso de pulido de alta precisión

"Somos capaces de procesar en serie discos de vidrio de oblea de 140 mm y de mayor tamaño sin tensiones. Para ello, fabricamos todas las herramientas y casi todas las máquinas del proceso de fabricación nosotros mismos. Así, logramos una máxima flexibilidad en las geometrías y en el diseño de las lentes. Para garantizar una calidad extremadamente alta en la producción en serie, hemos desarrollado un proceso automatizado de pulido de alta precisión. Esto es único en el mundo", informa Dirk Hauschild, Director de Marketing (CMO) de LIMO GmbH.

Con los procesos de pulido en frío y acabado de LIMO para matrices de lentes cilíndricas, se pueden procesar simultáneamente hasta 20.000 lentes en una sola pasada con una longitud de borde de 140 mm. El proceso permite la libre elección de formas refractivas azilíndricas, incluyendo elementos ópticos simétricos, asimétricos, ondulados o no periódicos.

En un solo proceso de pulido, se deben eliminar varios milímetros de la superficie de vidrio con una precisión de unos pocos nanómetros. Además, las lentes se pulen nuevamente en un proceso final. La alta calidad de la superficie se logra mediante un pulido superficial. Gracias a este pulido, las superficies de vidrio se vuelven aún más duraderas y estables. Con su proceso de pulido de alta precisión, LIMO alcanza en las lentes FAC valores de rendimiento en los límites de la factibilidad física (ver recuadro de información abajo).

El objetivo para 2019: fabricar más de 5 millones de lentes FAC

El procesamiento de las obleas de vidrio de 140 mm se realiza en modo 24/7. Para ello, se ha equipado la maquinaria con formatos mayores y se ha aumentado la capacidad de producción. Ya se pueden fabricar hasta 3 millones de lentes FAC al año, y el objetivo para 2019 es superar los 5 millones. La capacidad se incrementará aún más, hasta más de 10 millones de lentes al año, para 2020. "Gracias al procesamiento de las obleas de vidrio a temperatura ambiente, el proceso de fabricación es muy controlable y podemos garantizar de manera confiable la alta calidad. Aumentaremos la capacidad según la demanda", resume Dirk Bogs, Director de Operaciones (COO), el estándar de producción alcanzado.

Recuadro informativo: lentes FAC para diodos emisores únicos

Las lentes "Fast-Axis Collimator" (lentes FAC) se utilizan principalmente para diodos emisores únicos. Las lentes están diseñadas para un ancho de haz pequeño (ancho de colimación) y están optimizadas para el procesamiento de materiales y aplicaciones de bombeo en láseres diodo.

Las lentes FAC de LIMO, como la FAC 300, alcanzan valores de rendimiento en el límite de la factibilidad física:

- Longitud focal estándar de ≤160 µm hasta 3000 µm
- Revestimiento (de VIS a FIR) con baja absorción
- Baja divergencia residual con alta eficiencia de potencia
- Materiales de alto índice de refracción (> 1,8)
- Transmisión > 99% en un amplio espectro (por ejemplo, 770-1070 nm)