Nový stroj umí obrábět laserem zastudena s mikrometrovou přesností

20. 04. 2021

Dokáže opracovávat prakticky všechny kovy a různé druhy keramik a skel s mikrometrovou přesností a minimální ztrátou materiálu. Řeč je o mikroobráběcím centru, jehož srdcem je pikosekundový laser Perla 100. Ten díky ultrakrátkým pulzům obrábí zastudena. Stroj je součástí nového pracoviště Ústavu přístrojové techniky AV ČR a už se zapojuje do výzkumu i vývoje pro průmysl.

Mikroobráběcí centrum bylo vyvinuté a realizované pro Ústav přístrojové techniky AV ČR na míru.

„Pořízení mikroobráběcího centra bylo nutné pro posílení špičkových technologií nezbytných pro výzkum a vývoj nových přístrojů a metod vědeckého zkoumání, ale také – v duchu poslání ÚPT – budeme toto zařízení nadále rozvíjet a vylepšovat,“ říká Josef Lazar pověřený řízením Ústavu přístrojové techniky AV ČR.

V tomto zařízení se využívá jako obráběcí nástroj laser s ultrakrátkými pulzy, které trvají tisícinu miliardtiny vteřiny. Tato těžko představitelná krátkost pulzu způsobí, že se materiál v místě dopadu laserového pulzu okamžitě odpaří, aniž by bylo jeho okolí zatíženo teplem – jde proto o odebírání materiálu zastudena. Odpařená oblast má rozměry desítek mikrometrů. Takto lze obrábět prakticky všechny kovy a různé druhy keramik a skel.

Unikátní Perla

Vlastní tenkodiskový laserový systém generující záření na vlnové délce 1030 nm, kompaktní laser s názvem Perla 100, vyvinulo na míru a dodalo další pracoviště AV ČR – Centrum HiLASE, které je součástí Fyzikálního ústavu AV ČR. „Laser Perla je unikátní v kombinaci pikosekundových pulzů s vysokou energií a vysoce stabilního difrakčně limitovaného svazku, který ho předurčuje pro aplikace ve vysoce přesném mikroobrábění. A to vše v infračervené, viditelné a ultrafialové spektrální oblasti,“ dodává Martin Smrž, vedoucí oddělení Vývoj pokročilých laserů Centra HiLASE.

„Pohyb laserového svazku po obráběném materiálu pak zajistí šestiosé mikroobráběcí CNC centrum, které je vybavené velmi přesnými posuvy a skenovacími hlavami.“

Použití kratších vlnových délek umožňuje vytváření jemnějších mikrostruktur (obdobné zápisu CD ROM – DVD – Blue-ray, které se liší postupně kratšími vlnovými délkami a tím i dosahovanou vyšší hustotou záznamu). „Pohyb laserového svazku po obráběném materiálu pak zajistí šestiosé mikroobráběcí CNC centrum, které je vybavené velmi přesnými posuvy a skenovacími hlavami,“ popisuje Libor Mrňa, vedoucí skupiny Laserových technologií ÚPT AV ČR. „Takto lze vytvářet – gravírovat různé povrchové struktury s mikrometrovými rozměry.

Využití a další vývoj

Technologii lze využívat k vytváření různých mikrostruktur, optických mřížek, pro řízené odstraňovaní povrchových vrstev, obrábění optických vláken, ale také ke studiu odolnosti optických vrstev a pro testování nových typů celých optických soustav. Nejde jen o vlastní technologii mikroobrábění, ale i vývoj mikroobráběcího systému jako takového: některé optické elementy – například speciální fokusační objektivy pro velmi krátké vlnové délky komerčně doposud neexistují z důvodů hraničních fyzikálních problémů i technologických výrobních možností.

Spolupráce s firmami

Mikroobráběcí centrum kromě úkolů v rámci ÚPT a pro potřeby dalších ústavů AV ČR a vysokých škol už ale našlo velmi praktické využití v komerční sféře. Byla například testována aplikace související s vývojem rotační sonotrody pro výrobu dnes velmi aktuálních respirátorů. „Jednáme také o vrtání tvrdokovu, konkrétně trysky s otvorem o průměru 0,18 milimetru,“ doplňuje Libor Mrňa. „I v rámci ústavu je centrum ale dost vytížené.“

„I v rámci ústavu je centrum dost vytížené.“

Vědci také navázali spolupráci s některými českými firmami v rámci projektů Národního centra kompetence Elektronové a fotonové optiky podporovaného Technologickou agenturou ČR nebo v Českém optickém klastru. Konkrétně s firmou Meopta optika spolupracují na vývoji skenovacího telecentrického f-theta objektivu pro vlnové délky v UV oblasti.

Virtuální prohlídka laboratoře: http://isibrno.pano3d.eu/index.html?startscene=13

Kontakt:

doc. RNDr. Libor Mrňa, Ph.D.
Ústav přístrojové techniky AV ČR
mrna@isibrno.cz

TZ ke stažení zde.