Osztály plusz Tömeg

Egy új gyártási módszer lehetővé teszi a LIMO számára, hogy rendkívül nagy mennyiségben gyártson magas precizitású FAC-lencséket. (Kép forrása: LIMO)

LIMO a világ egyetlen gyártója, amely képes FAC-lencséket üvegből gyártani 140 mm x 140 mm-es szilíciumlapkákon. (Kép forrása: LIMO) / LIMO is the world's only manufacturer with the ability to produce FAC lenses from glass on wafers measuring 140mm x 140mm. (Image: LIMO)

A LIMO GmbH, a magas precizitású mikrooptikák gyártója lézerrendszerekhez, áttörést ért el FAC-lencsék gyártásában minden típusú dióda-üzemelt lézernyomtatók számára. A dortmundi vállalat sikerült olyan tömeggyártási módszert kidolgoznia, amely a legmagasabb precizitással, gazdaságosan gyártható nagy mennyiségben.

A FAC-lencsék lézerrendszerekhez központi szerepet töltenek be sok innovatív technológiában. Már most alkalmazzák őket a légi- és űrtechnológiában, orvostechnikában, fotovoltaikában, kijelzőgyártásban és anyagmegmunkálásban. A várható darabszám jelentősen növekedni fog az additív gyártás (3D nyomtatás) és a LIDAR-rendszerek (lézeres "Light Detection and Ranging") alkalmazásával. Az autonóm járművekhez használt LIDAR-rendszerek különösen biztonságkritikus komponensek, melyeket durva környezetben is használnak. Ezekhez nemcsak magas minőség, hanem biztonságos és hosszú távon stabil működés is szükséges. Ezen követelmények csak magas színvonalú üvegmikrooptikákkal rendelkező lézerrendszerek által teljesíthetők.

A rendszer minőségének legfontosabb komponense a "Fast-Axis-Kollimator" (FAC) lencse. A lencse kiváló minőségű üvegből készül, és axiális felülete ciszindrikus. A jelenleg elérhető gyártási eljárásoknak azonban még bizonyítaniuk kell, hogy képesek több tízmillió vagy akár százmillió darab egyenletes magas optikai minőségben, kedvező áron gyártani ezeket a méretosztályokat. A LIMO most sikerült olyan gyártási folyamatot kidolgoznia, amely nagy sorozatban is megfelel a FAC-lencsék gyártási minőségi követelményeinek.

140 mm-es szilárdtest-porcelánok a FAC-lencsék gyártásához

A LIMO GmbH a FAC-lencséket szilárdtest-alapú lapkákon (wafer) gyártja, így több ezer, kiváló minőségű üvegből készült lencse készíthető egy lépésben. A tömeggyártás során a legnagyobb kihívás a nagy felületek feldolgozása, miközben a precizitás változatlanul magas marad. A dortmundi gyártó most áttörést ért el egy 140 mm x 140 mm-es szilárdtest-porcelán méretű waferrel, ami lehetővé teszi nagyon nagy darabszámú gyártást. A vállalat saját állítása szerint már készül a következő, ennél is nagyobb méretű wafer-generáció.

A hagyományos üvegformázó préselési eljárások során a üveg lencséket magas, kb. 600-800 °C hőmérsékleten dolgozzák fel. A magas optikai minőség érdekében azonban az üvegeket csak lassan lehet melegíteni és hűteni. Különösen a hűtési folyamatnak kell precízen beállítva lennie, hogy elkerüljék a nem kívánt feszültségeket az anyagban. Emellett nagyobb üvegfelületek melegítése során hőmérséklet-ingadozások lépnek fel, amelyeket csak a legmagasabb technológiai ráfordítással lehet minimalizálni. Ezek a korlátozások miatt a "forró" gyártási eljárás számos hátránnyal jár, és csak korlátozottan skálázható nagy sorozatokban.

A LIMO módszerének különlegessége, hogy az üveg lencséket szobahőmérsékleten gyártja. A vállalat növelte a wafer méretét, miközben a ciklusidőt 60 percre csökkentette. A "hideg" eljárás előnye: az üvegek szobahőmérsékleten történő feldolgozása mellett a gyártási sebesség nem befolyásolja a lencsék minőségét. A LIMO világszerte az egyetlen gyártó, amely ezt a módszert nagy sorozatokban alkalmazza.

A minőség titka: Egy magas precizitású csiszolási folyamat

"Képesek vagyunk 140 mm-es és ennél nagyobb üveglapokat feszültségmentesen nagy sorozatban feldolgozni. Ehhez minden gyártási eszközt és szinte az összes gépet saját magunk készítjük. Ez maximális rugalmasságot biztosít a geometria és a tervezés szempontjából. A lencsék extrém magas minőségéhez egy automatizált, magas precizitású csiszolási folyamatot fejlesztettünk ki. Ez világszerte egyedülálló" – mondta Dirk Hauschild, a LIMO GmbH marketing igazgatója (CMO).

A LIMO által kifejlesztett hideg csiszolási és polírozási eljárásokkal egy 140 mm-es szilárdtest-porcelán szélén több ezer lencse dolgozható egyszerre. A módszer lehetővé teszi, hogy szabadon válasszuk meg a törő- és axiális aszimmetrikus vagy hullámszerű, nem periodikus optikai elemek formáit.

Ebben a csiszolási folyamatban akár több milliméternyi anyag is eltávolítható a üvegfelületről néhány nanométeres pontossággal. Emellett a lencséket egy utólagos végső polírozási folyamat is megmunkálja. A kiváló felületi minőség a sík polírozásnak köszönhető, amely tovább növeli az üvegfelületek tartósságát és stabilitását. A magas precizitású csiszolási folyamat révén a LIMO a FAC-lencsék esetében a fizika határán működő jellemzőket ér el (lásd az alábbi információs dobozt).

A cél 2019-re: Több mint 5 millió FAC-lencse gyártása

A 140 mm-es üveglapok feldolgozása 24/7-es üzemmódban történik. Ennek érdekében a gépparkot a nagyobb formátumra alakították át, és növelték a gyártási kapacitást. Már most évente akár 3 millió FAC-lencse is gyártható, a 2019-es cél több mint 5 millió FAC-lencse gyártása. A kapacitás 2020-ra további 10 millió lencsére növekszik évente. "Az üveglapok szobahőmérsékleten történő feldolgozásával a gyártási folyamat jól kezelhető, és megbízhatóan garantáljuk a magas minőséget. A kapacitásokat szükség szerint tovább növeljük" – összegzi Dirk Bogs, a vállalat működési igazgatója (COO).

Információs doboz: FAC-lencsék egysugaras dióda számára

"Fast-Axis-Kollimator" (FAC) lencsék főként egysugaras diódákhoz készülnek. A lencsék kis sugárirányú (kollimációs) sugárnyalábra vannak tervezve, így optimalizáltak anyagmegmunkálásra és diódalézeres pumpálási alkalmazásokra.

A LIMO FAC-lencséi, mint például a FAC 300, elérik a fizika határán lévő teljesítménymutatókat:

- Szokásos fókusztávolság 160 µm-től 3000 µm-ig
- Bevonat (Vizuális-tól IR-ig) alacsony abszorpcióval
- Alacsony hátralevő divergencia magas teljesítmény-összeggel
- Nagy törésmutatójú anyagok (> 1,8)
- Átengedés > 99% széles spektrumban (pl. 770-1070 nm)