産業用ハイパワーUSPプロセスで動的ビーム成形する空間光変調器

September, 12, 2022, Aachen--Fraunhofer ILTは､浜松ホトニクスとともに､超短パルス(USP)レーザ照射による先端レーザ材料加工向けにアプリケーションラボを設立した｡
　アーヒェンで両パートナーは､産業用加工SLMヘッドを共同開発した｡これは､広範なアプリケーション向けに大きなレーザ平均出力とhn30pwカスタマイズされた動的ビーム成形を使うことができる｡適用されたハママツの新しいSpatial Light Modulatorは､平均出力150Wで利用可能である｡
　
パワー､スピード､コストのスケーリングにはマルチビームシステムがカギ
　USPレーザ照射は､最高精度で実質的にあらゆる材料を加工できる｡USP加工の経済的便益を高めるために研究は､様々なハードウエアアプローチを使い､100W以上に増加した高い平均レーザパワーのハンドリングに対処する｡したがって､プロセススピー上昇､ユニットコスト低下となる｡これら大レーザパワーを実装するための1つの人気のある方法は､光エネルギー放射を多数の個別ビームに分けることである｡このアプローチはすでに産業利用されている｡特に2Dレーザ材料加工､あるいはフィルタなど周期的パタンの生成向けである｡

位相マスクを使って､1つの入射ビームから多数の部分ビームを持つ平行ビームパタンを生成する｡これは､空間光変調器(SLM)で動的に機能する｡あるいはガラス製の回折光学素子(DOE)を利用する｡SLMsは､位相パタンを､またビームマトリクスも動的に変える｡一方､DOEは､平均パワー耐性が高い｡

SLMsは､USPレーザ照射を利用する製造プロセス開発に特に適している｡ビーム特性が簡単に適用､調整可能だからである｡これは､ビームプロファイルとパタン内の個々のビームの配列の両方に適用される｡連続生産で､プロセス中､ビームパタンの動的変更が必要とされる場合､SLMsは有利である｡ビームパタンが分かっていて静的なら､DOEsは鈍感であるので､よりよい選択となる｡

Fraunhofer ILTに｢共同アプリケーションラボ｣
　SLMメーカーハママツと共に｢共同アプリケーションラボ｣がFraunhofer ILTに設置された｡そこでは､即戦力のプロトタイプが製造プロセス開発準備状態にある｡これには､ハママツの新しいハイパワーSLMを実装したスキャナベースプロセスヘッドが含まれている｡ヘッドは､150W USPレーザを備えた3軸マシーンに統合されている｡

新しいSLMは､高い平均パワーに最適化されており､現在､市場投入される段階にある｡浜松ホトニクスは､戦略的イノベーション創造プログラム(SiP)により新規研究所設立のために日本政府から助成を受けている｡

SLMがアプリケーションでハイパワーを可能にする
　アーヒェンでは､新しいSLM実装システムが､2022年5月から様々なプロセスとアプリケーションに使用されている｡ハママツとFraunhofer ILTのチームは､様々なビームプロファイルと焦点径で表面およびボリュームアブレーションを詳細に研究している｡柔軟な液体変調器は､ツール変更を不要にしている｡

大きな平均パワーが適用され､USPプロセスが､スピードと効率でスケールするとき､ワークピースにおける熱分布がますます重要になってきている｡RWTHアーヒェン大学のレーザ製造プロセスの非線形ダイナミクス(NLD)インストラクション&研究部門のサポートにより､Fraunhofer ILTは､プロセスを完全にシミュレートすることができた｡こうして､エネルギー分布､したがって平行ビーム分布内の熱入力が最適化可能となる｡

｢共同アプリケーションラボ｣でFraunhofer ILTは､製造プロセスを開発する顧客を支援する｡また､新しい研究プロジェクトで開発するノウハウや技術も利用する｡
(詳細は､https://www.ilt.fraunhofer.de)