Presentamos la situación del Laser Center en Hannover, Alemania.
Hannover Laser Center
Hannover Laser Center, Alemania
Dirección:
Hollery Street 8, Hannover, Alemania 30419
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Teléfono:
49-511-27 880
Fax:
49-511-278 8100
Correo electrónico electrónico:
info@lzh.de
Sitio web:
www.lzh.de
Perfil de la empresa:
LZH participa activamente en la investigación, el desarrollo, el asesoramiento y la formación en todas las áreas de la tecnología láser.
Hannover Laser Center se ha comprometido con la investigación, el desarrollo, el asesoramiento y la formación en tecnología láser en el campo de la tecnología láser.
2. La dirección de investigación del Hannover eV Laser Center: polimerización de dos fotones: un nuevo método de micromecanizado.
El micromecanizado tridimensional de polimerización de materiales fotosensibles de dos fotones es una tecnología de microfabricación muy eficaz que puede producir resoluciones de fabricación de 100 nm o mejores. El micromecanizado tridimensional de materiales fotosensibles de dos fotones requiere un oscilador de femtosegundo en el infrarrojo cercano (aproximadamente 800 nm) y un sistema de posicionamiento tridimensional controlado por computadora. Para aprovechar al máximo la alta resolución inherente de la polimerización de dos fotones, se requieren sistemas de posicionamiento de alta resolución y alta precisión, como mesas de operaciones controladas por dispositivos piezoeléctricos, galvanómetros de escaneo, etc. Sin embargo, los dispositivos piezoeléctricos sólo tienen un rango de movimiento de unos pocos cientos de micrones en cada dirección. Por lo tanto, aunque el sistema de escaneo óptico puede mover el haz, debe desviar el haz de escritura por el borde exterior del dispositivo de enfoque, y este proceso puede distorsionar fácilmente la imagen en el borde exterior del haz, dando como resultado una pérdida de energía.
Sistema de fabricación de microestructura tridimensional
Para superar las limitaciones anteriores, Laser Zentrum Hannover eV en Alemania ha desarrollado un sistema de fabricación tridimensional independiente y móvil a escala micrométrica y nanométrica. El sistema integra un láser de femtosegundo, un galvanómetro de escaneo para un grabado rápido en áreas pequeñas y un sistema de posicionamiento lineal motorizado (Aerotech). El láser de femtosegundo es un láser de femtosegundo de zafiro de titanio con modo bloqueado SESAM de la empresa austriaca High Q, con una potencia promedio de 200 mW, una longitud de onda de 800 nm, un ancho de pulso de menos de 100 fs y una frecuencia de repetición de 73 MHz. El sistema de posicionamiento tiene tres ejes, cada uno con un recorrido de 10 cm. El sistema 3D también tiene un eje giratorio y puede mecanizar estructuras cilíndricas curvas. ¡Se ha comercializado el sistema de fabricación de microestructuras de femtosegundos 3D!
El micromecanizado de polimerización de dos fotones tiene un galvanómetro de escaneo bidimensional X-Y, que desvía el haz a través de una inmersión en aceite de alta apertura numérica y enfoca el láser de femtosegundo en el material fotosensible o resina (Figura 3). El galvanómetro de escaneo está montado en un sistema de posicionamiento X-Y de carrera larga. El equipo está equipado con una cámara CCD para facilitar el seguimiento en tiempo real. La muestra se coloca en un escenario de traducción bidimensional.
Al mover la cintura del haz en tres dimensiones utilizando un galvanómetro de barrido y una platina de traslación, se pueden formar estructuras tridimensionales complejas dentro de la resina. La precisión de escritura basada en el galvanómetro de escaneo es de 100 nm, mientras que la precisión del sistema de posicionamiento es superior a 400 nm.
El fotorresistente negativo y el fotorresistente positivo son dos materiales fotosensibles que pueden procesarse mediante polimerización de dos fotones. Cuando se utiliza un fotorresistente negativo, la exposición de dos fotones provoca la reticulación de las cadenas de polímero, lo que permite eliminar las áreas no expuestas. Cuando se utiliza un fotoprotector positivo, la exposición hace que las cadenas se rompan, creando pequeñas unidades que pueden disolverse y eliminarse. La mayor parte de la estructura de los poros se puede lograr eliminando pequeñas cantidades de residuos de la muestra. Los fotorresistentes positivos son más eficaces a este respecto.
Los materiales de fotolitografía negativa se pueden dividir en sólidos y líquidos. Como se muestra en la Figura 4, los fotoprotectores negativos sólidos son materiales activados catiónicamente a base de epoxi. Un sistema de activación catiónico (como el fotoprotector SU8 comercial) interactúa con el haz para generar ácido. En este caso, la polimerización no se produce durante la irradiación con láser sino durante el horneado posterior a la exposición. Esta es una propiedad muy importante de los fotoprotectores catiónicamente activos porque la diferencia en el índice de refracción entre las áreas expuestas y no expuestas es muy pequeña o incluso insignificante. Esto hace posible combinar la escritura láser directa con la tecnología de exposición holográfica.
A excepción de las cerámicas orgánicas, los materiales líquidos son básicamente de base acrílica y las reacciones de polimerización durante la acción del haz se inician todas mediante fotoiniciadores. De esta forma se puede seguir el progreso de la reacción en tiempo real.
Aplicaciones de fotónica
Debido a estas propiedades ópticas, estos materiales poliméricos fotosensibles se pueden utilizar para fabricar componentes y dispositivos microópticos, como conjuntos de microprismas y elementos ópticos difractivos.
Se requieren tecnologías más nuevas para ópticas más pequeñas con dimensiones inferiores a las longitudes de onda. En el llamado "camino óptico", uno de los medios es utilizar la polarización del gen del plasmón superficial representado por un metal como portador de información para cambiar de especie. (Ver "Los nanofotones indican genes citoplasmáticos", Photon Spectroscopy, 2006, 1+0). La polarización del plasmón superficial es la difusión de la excitación electromagnética entre metales y aislantes. Sigue la guía de ondas de metal en la superficie del aislante. Estas microestructuras obtenidas mediante polimerización de dos fotones se han realizado con éxito en superficies de oro.
La tecnología de polimerización de dos fotones se ha desarrollado rápidamente y se ha aplicado con éxito al micromecanizado de cristales fotónicos tridimensionales y plantillas de cristales fotónicos. En particular, permite eliminar cualquier imperfección en la capa base, lo cual es muy importante para aplicaciones prácticas. Los cristales fotónicos son estructuras periódicas con constantes de aislamiento alternas en el espacio.
En esta microestructura se excluye la proliferación óptica en frecuencias ópticas específicas (bandas prohibidas). Si la constante de aislamiento cambia periódicamente en todas direcciones, la microestructura es un cristal fotónico tridimensional. Según esta relación topológica y la correspondiente relación de constante de aislamiento, se pueden establecer las propiedades ópticas del cristal fotónico. Desde que Eli Yablonoviteh y Sajeev John propusieron el concepto de cristales fotónicos tridimensionales en 1987, los fotones se han convertido en un foco de investigación continuo en la actualidad. Sin embargo, sigue siendo un desafío crear cristales fotónicos completamente tridimensionales en el rango de luz visible.
Los cristales fotónicos de banda prohibida totalmente fotónicos requieren comprender la microestructura de materiales tridimensionales de alto índice de refracción. El método más atractivo es infiltrar la plantilla con un material de alto índice de refracción y luego retirarlo. Crear plantillas con los fotoprotectores más negativos es más difícil porque la microestructura es muy estable y difícil de disolver en esos materiales. La Figura 7 es un ejemplo de una plantilla de cristal fotónico hecha de SU8. En el caso del fotorresistente positivo, este material polimérico es débilmente soluble y es un buen lugar para hacer plantillas tridimensionales. La imagen de arriba es una imagen de microscopio electrónico de barrido de una plantilla de cristal fotónico hecha de fotoprotector S1813.
Otra forma de fabricar cristales fotónicos es utilizar una gran proporción de materiales fotosensibles híbridos inorgánicos/orgánicos, como se muestra en la Figura 7. ¡De esta manera, se pueden crear microestructuras inorgánicas tridimensionales sin replicar la plantilla! Mediante un tratamiento térmico adecuado de materiales multicomponente inorgánicos/orgánicos, los componentes orgánicos se pueden eliminar directamente de las microestructuras tridimensionales producidas con láser, dejando atrás los componentes inorgánicos. De esta manera, se pueden utilizar la tecnología de polimerización de dos fotones (o más ampliamente, el procesamiento de activación de dos fotones) y la tecnología de posprocesamiento térmico para crear microestructuras de cristales fotónicos tridimensionales.
La tecnología de polimerización de dos fotones tiene amplias perspectivas de aplicación en el campo biológico, incluida la ingeniería de tejidos, la introducción e inyección de fármacos y la detección médica. En términos de ingeniería de tejidos, se puede crear una mesa de operaciones microestructurada tridimensional. La mesa de operaciones micro requiere un control experto de los tejidos activos combinados con los tejidos del cuerpo. Combinada con los materiales apropiados, la polimerización de dos fotones puede controlar con precisión la micromesa de operaciones tridimensional y simular la generación de un microambiente celular, como se muestra en la Figura 8. Es más, esta tecnología de alta resolución puede controlar la organización celular e incluso las interacciones entre células en toda la mesa de microcirugía. Otra ventaja es que la tecnología de polimerización de dos fotones con láser de infrarrojo cercano de alta intensidad no daña las células, por lo que también se puede utilizar para controlar y empaquetar células.
Ormocer es uno de los materiales más interesantes para aplicaciones biomédicas. Recientemente se ha estudiado la biocompatibilidad del polímero y los resultados muestran que las células tienen una buena adsorción a este material y la tasa de crecimiento es comparable a la de los materiales bioactivos.
Microagujas
La polimerización de dos fotones también se puede utilizar para fabricar equipos complejos de inyección de fármacos, como microagujas y otros dispositivos. La tecnología de microagujas puede superar muchas de las desventajas asociadas con los métodos de inyección tradicionales, como las inyecciones indoloras y la evitación de traumatismos físicos en el lugar de la inyección.
Y la flexibilidad del polímero de dos fotones cambia por completo el diseño de la aguja. Sus características estructurales se muestran en la Figura 9. La tecnología de inyección con microagujas aún está en proceso de investigación adicional.
3. Estado actual del desarrollo de la industria del láser
En Europa, la industria del láser de Alemania es la que se está desarrollando más rápidamente, especialmente en el procesamiento de materiales con láser, que es la posición líder a nivel mundial.
En 1986, Alemania propuso el plan de financiación del BMFT para el período 1987-1992 "Investigación y tecnología láser".
En los últimos cinco años, la inversión real fue de 262 millones de marcos, y el enfoque y la asignación de fondos fueron: láser y componentes 36%, tecnología de aplicaciones e integración de sistemas 48,9%, medición láser y análisis láser 65438. En otras palabras, alrededor del 72% de los fondos se destinan al procesamiento de materiales con láser (fuentes de luz, componentes, sistemas y métodos).
El grupo de investigación científica (FHG, MPG, GFE) cuenta con 6 institutos de investigación, 9 grandes centros láser, 30 grupos de investigación de institutos universitarios de investigación y participan alrededor de 900 investigadores. Las instituciones y centros de investigación famosos durante este período incluyen: el Instituto Fraunhofer de Tecnología Láser, el Instituto Láser de Estado Sólido de Berlín, el Centro Láser de Hannover, el Centro de Investigación de Aplicaciones de Rayos de Stuttgart, etc.
Según las estadísticas de la Asociación Alemana de Fabricación de Maquinaria y la Alianza de Procesamiento de Materiales por Láser, en 1994 se produjeron en el procesamiento de materiales un total de 1.364 juegos de fuentes de luz (láseres de CO2 y YAG) con un valor de producción de 165 millones de marcos. un aumento del 13% con respecto a 1993; el número de equipos láser Un aumento del 39%. En particular, los láseres YAG, un láser de baja potencia utilizado en marcado y odontología, tienen una tasa de crecimiento desproporcionada. Por lo tanto, el uso de láseres en la tecnología de procesamiento en Alemania es mayor que nunca. Las empresas alemanas (principalmente Rofin-sinar Laser Company, Trumpf Laser Technology Company, Haas Solid State Laser Company, Lambda Physik Company, etc.) representan casi el 40% del mercado mundial y ocupan una posición de liderazgo. Al mismo tiempo firmamos también un contrato de pedido para 1.544 láseres por un valor de 1,77 millones de marcos.
La facturación de sistemas láser también aumentó significativamente en 1994. Se completó la producción de 860 sistemas, con un valor de 235 millones de marcos, una tasa de crecimiento del 51% y una tasa de crecimiento de ventas del 17%. . Al mismo tiempo se firmaron 937 contratos de sistema por un valor de 249 millones de marcos alemanes (el número de unidades aumentó un 58%, el valor de producción aumentó un 18%), lo que se aproxima a la producción prevista para 1995. En términos de fuente de luz láser, el CO2 representa el 42% y el Nd:YAG el 35%. En términos de sistemas láser, los sistemas de procesamiento con láser de CO2 representan el 56% y los sistemas de procesamiento con láser YAG representan el 40%. El sistema de procesamiento con láser de CO2 es operado por sí mismo por Trumpf Company, y Rofin-Sinar Company coopera con Grisham Company para formar el. Serie Lascontur de máquinas de procesamiento láser. El crecimiento de las exportaciones demuestra que las empresas alemanas son muy competitivas en el mundo y que la industria láser alemana sigue en una tendencia ascendente.
Después de completar el plan de financiación del BMFT "Investigación y tecnología láser" de 1987 a 1992, Alemania propuso en 1993 un nuevo plan de financiación "Laser 2000".
Los objetivos estratégicos son:
* Crear una base científica y tecnológica para el campo de la tecnología láser en el siglo XXI.
Apoyar la innovación en tecnología láser, mantener y fortalecer la competitividad internacional de la producción láser y las aplicaciones de la industria láser.
*Eliminar las barreras tecnológicas a la aplicación del láser. Enfoque futuro de la investigación y la tecnología láser:
*Los temas clave básicos para la nueva generación de láseres son:
Láseres de diodo de alta potencia
Sólido bombeado por diodo Láseres Estatales
Nuevo mecanismo para láseres de gas de alta potencia.
*Los temas clave para el mecanizado de precisión son:
Evaluación de métodos láser
Métodos de producción inducidos por láser
Tecnología fotónica láser UV
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*Abre la base para nuevos campos de aplicación.
Métodos de detección y medición óptica láser
Óptica no lineal, biodinámica láser y microprocesamiento (que involucran rangos moleculares y atómicos)
Medición óptica láser de productos y detección y medio ambiente tecnología
*Los temas clave de la medicina láser son:
Nuevas soluciones láser en tecnología médica
Tomografía óptica
Hora de inicio y finalización Plan de financiación: 1993-1997 Importe de la financiación: 275 millones de marcos. Para promover la tecnología de procesamiento láser, Alemania ha establecido una gran cantidad de estaciones de procesamiento láser, además de 9 centros láser nacionales. Al mismo tiempo, las líneas de producción de procesamiento por láser se están estableciendo activamente en empresas grandes y medianas, como la línea de producción de procesamiento por láser de engranajes de la fábrica de Volkswagen, que cuenta con 18 talleres, 8 de los cuales están equipados con láser; líneas de producción de procesamiento de soldadura por láser para pisos de automóviles de Thyssen Steel Company; Siemens ha establecido una línea de producción de soldadura por puntos con láser de plomo bobinado, una línea de producción de soldadura por láser de núcleos y armaduras de contactores, una línea de producción de corte por láser de circuito integrado y una línea de producción de soldadura por láser para pisos de automóviles de Thyssen Steel Company; Línea de producción de texturizado y recocido por láser de obleas de silicio semiconductor.
En "Laser 2000" se propuso específicamente que en 1994-95 se concedieran 5 millones de marcos (25 proyectos) anualmente, y que las pequeñas y medianas fábricas que hubieran aprobado proyectos de tecnología de procesamiento láser recibirían una subvención de 200.000 marcos. para cada proyecto.
Este es el sitio web oficial del Laser Center en Hannover, Alemania. Puede hacer clic para ver: http://www.laser-zentrum-hannover.de/de/index.php.