Il Fraunhofer ILT sviluppa un laser in grado di tagliare il vetro in qualsiasi forma

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Il taglio del vetro può essere un processo pericoloso e difficile, ma con gli impulsi laser ultracorti appositamente formati sviluppati dall’Istituto Fraunhofer per la tecnologia laser ILT , non è necessario. Erano gli schermi degli smartphone, infatti, che facevano pensare agli scienziati di Fraunhofer ILT su come le forme rotonde in vetro temprato potessero essere separate rapidamente e facilmente. Con i laser a impulsi ultracorti (USP), il vetro può essere modificato e rotto lungo qualsiasi contorno senza rilasciare polvere o residui.

A differenza di altre tecniche di taglio del vetro, i laser non graffiano la superficie del vetro, ma generano invece piccoli sforzi materiali all’interno del volume del materiale, il che si traduce in un bordo pulito quando il materiale viene separato. Ciò richiede una speciale distribuzione dell’intensità all’interno del raggio laser, con una vita a raggio lungo e un profilo di intensità in forte pendenza.

I moderni elementi ottici diffrattivi (DOE) possono modellare la luce in quasi tutte le forme. Grazie alla loro struttura di diffrazione, il raggio laser può essere regolato con precisione, così da un singolo raggio possono essere generati profili speciali o motivi complessi. Il DOE può anche distribuire l’energia di un singolo raggio a un’intera serie di raggi parziali simili. Le strutture di diffrazione complesse sono una caratteristica speciale dei DOE.

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Lo sviluppo di queste ottiche inizia da un computer, in cui gli scienziati calcolano piccoli schemi di fase, che producono la distribuzione del fascio desiderata. Utilizzando un modulatore di luce spaziale programmabile, testano le strutture calcolate con le regolazioni di fase basate sui pixel e analizzano il raggio generato con un microscopio. Dopo alcune iterazioni, le strutture ottimali del DOE sono iscritte litograficamente in vetro. I DOE possono anche essere usati come ottica di vetro puro con oltre 100 watt di laser USP. Oltre ai DOE basati sulla diffrazione, anche gli elementi ottici rifrangenti (ROE) vengono spesso utilizzati per il beamforming in quanto possono rifrare i raggi con una potenza nella gamma di centinaia di watt.

DOE e ROE hanno un’elevata stabilità termica e quindi offrono un grande vantaggio nell’aumentare la produttività dei sistemi laser USP. Gli scienziati di Fraunhofer ILT hanno sviluppato DOE che formano una schiera di fino a 196 raggi simili da un potente raggio laser USP. Tuttavia, anche quando vengono utilizzati singoli raggi per l’elaborazione, questi elementi ottici offrono molte possibilità. I raggi laser USP di forma speciale possono strutturare le superfici, introdurre stress nei volumi di vetro o modificare localmente l’indice di rifrazione.

Gli scienziati di Fraunhofer ILT, insieme alla cattedra di Laser Technology LLT presso la RWTH Aachen University e partner industriali, stanno studiando fino a che punto i raggi laser USP possano essere modellati. Anche la partecipazione a questa ricerca e sviluppo sono TRUMPF e 4JET Technologies, operano nell’ambito del campus di ricerca DPP Digital Photonic Production, un’iniziativa di finanziamento del Ministero federale tedesco dell’Istruzione e della ricerca (BMBF).

I partecipanti stanno lavorando specificatamente alla lavorazione del vetro per i display head-up per l’industria automobilistica. Gli esperti del programma “Femto DPP” stanno producendo difetti di dimensioni micrometriche nel vetro, che riflettono la luce a LED ad una certa angolazione in quanto è necessaria per i display a testa alta. Il laser utilizzato nella lavorazione può anche essere utilizzato per generare punti di rottura predeterminati, che vengono introdotti in modo controllato per il successivo taglio rapido del vetro. Si prevede che la lavorazione sarà in grado di lavorare su qualsiasi pannello di vetro curvo in futuro.

La tecnologia di Femtoprint ha un enorme impatto potenziale sull’industria. Nell’ottica, ma anche nell’elettronica, la femtoprint e altre tecnologie di nanostampa possono essere utilizzate per produrre forme bi e tridimensionali su scala nanometrica. Queste forme possono essere utilizzate per microfluidica o microdispositivi in ​​vetro e per la stampa 3D su oggetti nanostrati. Avanzando l’elaborazione laser a questa scala, Fraunhofer avanza le future applicazioni di stampa 3D e aiuta a spingere la stampa 3D a realizzare oggetti con un miliardesimo di metro.

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