IT'S POSSIBLE SESSIONS ー PIのレーザの世界

レーザ材料加工の未来を切り開くために

ようこそおいでくださいました!

デジタルイベント「レーザ材料加工の未来を切り開くために」では、ツールとしてのレーザの可能性を活かすために、ビジネス分野の知見やトレンドを結集し、材料加工の未来を共同で切り開いていきたいと考えています。最新の市場動向、アプリケーション、技術について、専門家によるエキサイティングなプレゼンテーションをお楽しみください。インスピレーションを得て、夢中になってください。

Agenda

 Welcome to the It’s Possible Sessions! 
 Keynote: Markus Spanner, CEO PI
 Keynote: Dr. Dirk Müller, Director of Strategic Marketing Coherent
 Session 1: Addressing Extremely High Feature Density and Throughput Requirements in Electronics Manufacturing​
Increasing Accuracy and Throughput by Using Multibeam Galvo Scanners (Dr. Holger Schlüter, SCANLAB)
Enhancing Laser Processing in Electronics Manufacturing by Using CAD-CAM Software (Sarunas Vaskelis, DMC)
 Session 2: Improving Efficiency in Macro Laser Materials Processing with Piezo Actuation
Reducing Cost for Cutting and Welding with Dynamic Beam Shaping (Dr. Patrick Herwig, Fraunhofer IWS)
Piezo Components for Efficient Dynamic Beam Manipulation (Lukas Rau, PI)
 Session 3: Unlocking the Potential of Laser Processing with Precision Laser Machine Concepts 
The Use of High-Precision Laser-Assisted Additive Manufacturing for Advanced Tissue Engineering (Dr. Ulf Hinze, Laser nanoFab)​
Standard Platforms for Reducing Risk and Increasing Value in Integrating Laser Systems (Dr. Cliff Jolliffe, PI)
 It’s Possible Conclusion & Goodbye

 

講演者

マーカス スパナー

Physik Instrumente (PI)

基調講演

デュルク ミュラー博士

コヒレント

基調講演

ホルガー シュルーター博士

SCANLAB GmbH

セッション 1

  マルチビームガルボスキャナによる精度とスループットの向上  
 

Q & A

スキャナの精度は、偏向角度が大きくなると低下します。複合動作の場合には、全角度を利用しないため、システムの精度は高くなります。

5μmオーダの高精度システムについて検討しています。ステージに不要な動きがあると、プロセスの結果が期待通りになりません。そのため、そのような補償は提供していません。その代わりに、スキャナとステージには、それぞれが正確にたどれるパスが与えられます。

ソフトウェアは、ワークピース全体を処理するために、最小限の時間で最適なパターンと最適なパスを見つけ出します。まだ、個々のビームをその場でコントロールすることはできません。

発表されたSPCのGUIは、XL SCANを実行することができます。多くのユーザは 独自のインターフェイスを作成してAPIを利用しています。

サルナス ヴァスケリス

DMC

セッション 1

  CAD-CAMソフトウェアを活用したエレクトロニクス製造におけるレーザ加工の高度化  
 

Q & A

その場合、高さセンサとステージを組み合わせて使い、サンプルの表面をスキャンします。SPCにはZ-mapコマンドがあり、この測定値に基づいてジオメトリを自動的に変換したり、表面を3D CADとしてエクスポートし、その上に2Dパターンを投影することができます。

プラスチック部品に電気接点をつける技術は、リトアニアの物理科学技術センターが開発したもので、5軸のセットアップで実際の部品を作るのにDMCソフトウェアが使われました。これは有望な技術であり、現在よりもはるかに安価に、非常に広範囲の表面に金属トラックを蒸着することができます。

はい。SPCにはカメラやスキャナ、ステージなどを校正するツールがあります。そのため、SPCを使ってシステム全体をゼロから校正することができます。

はい。5軸機能が最近リリースされました。個々のプロジェクトについては、ケースバイケースで検討する必要があります。

ユーザがオブジェクトを操作し、特定のコマンドを処理してプロセスを定義するので、非常に簡単です。プロセスを作成するためにどのパラメータを制御する必要があるかを理解している受講者は、非常に短時間でその使用方法を習得できるため、個々のコンポーネントの制御について心配する必要はありません。

SPCはACSの製品であり、ACS/PIモーションコントローラでのみ動作します。その他のハードウェアについては、スキャナ、カメラ、レーザなど、さまざまな機器と連携しています。

SPCはオブジェクトごとにディレイを定義することができます。そのため、速度が変わればディレイも変えられます。また、ループといくつかのオブジェクトを使ったシンプルなレシピを使って、SPCでは広範囲のディレイを簡単にテストし、さまざまな条件のパラメータのライブラリを構築することができます。

パトリック ヘルヴィッヒ博士

フラウンホーファー IWS

セッション 2

  ダイナミックビームシェイピングによる切断・溶接のコスト削減  
 

Q & A

この質問には 固定値では答えられませんでした。 これは、異なる最適化ターゲットの重量、シートの厚さ、使用するレーザビームに左右されます。機械のアンロードを自動化するためにカットカーフの幅を大きくしたい場合は、垂直方向の振幅を大きくする必要があります。全体として、XY 振動は焦点径のファクター1から3の範囲になければなりません。Zの場合、振幅はカットするシートの厚さから実際の波長を引いた仮想レイリー長を達成する必要があります。例えば、使用するレーザビームのレイリー長が3mmの場合。10mmの厚さのシートをカットするには、4mmの振幅が有効です(2*3mm + 4mm = 10mm)。

追加費用についてはPIが応じなければなりません。コスト削減についても言えることがあります。プロセス速度について言えば、50%の増加は可能です。つまり、同じランニングコストでも50%以上削減できるということです。
ランニングコストの内訳はエネルギーです。 (1時間あたり3~5€à 1時間あたり1.5~2€削減) 溶断には圧縮窒素を使います。厚板の場合 2m³/min à 120 m³/h m³ の窒素は 15 ct です。ガスを50%節約できれば、最大で9€の節約が可能です。ランニングコストの 削減は、厚板の溶断で1時間あたり5~10€を見込んでいます。
また、ドロス除去のための追加の手間も省くことができます。

メルトプールの寿命が延びます。鋳造プロセスにおいて「蓄えられた」 ガスは、メルトプールで小さな気泡に変化します。長寿命化することで、気泡のフラッディング時間が長くなり、溶接部に巻き込まれるのを避けることができます。さらに、気泡はプロセスゾーンの外へと誘導されていきます。シェフはスプーンを使い、私たちはレーザビームを使うわけです。これはフラッディングにも対応します。

これまでは、デバイスやシステム提供側の認証でした。XYは3kWで認証されていますが、ラボでは機器をモニタリングしながら10kWで使用しています。これまでのところ、ビームシェイピング装置に起因する問題は起きていません。

開発プロジェクトの中では、透明な素材への彫刻が一つのデモアプリケーションでした。波長、ピークパワー、強度を問わず、あらゆるレーザ機器をアップグレードすることができます。

ルーカス ラウ

Physik Instrumente (PI)

セッション 2

  効率的なビーム操作のためのピエゾコンポーネント  
 

Q & A

ピエゾアクチュエータを効果的に冷却するには、冷却媒体をアクチュエータスタック全体に直接接触させる必要があり、ピエゾは冷却媒体の中で「泳ぐ」 必要があります。そのため、水という選択肢はありません。もしあれば、 オイル(システムでも使用できない媒体)。 上:非圧縮性オイルはダイナミックパフォーマンスに影響を与える可能性があります。

レーザの出力は、他の研究プロジェクトとの比較のために3kWとしました。レーザの出力を制限する要因は 光学素子の反射率です。吸収された熱は接着剤の安定性に影響します。

空気の乱れがビームの質に影響を与えることがわかっています。対策として、光路を乱さないように気密性の高い膜でシステムを密閉することが可能です。

この使用例においては、絶対的な精度よりも再現性が重要です。ヒステリシスは非常に再現性が高いです。そのため、システムをオープンループで駆動し、追加のシステム周波数帯域幅を得ることができるのです。

ピエゾチップ/チルトミラープラットフォームは、1枚のミラーだけの2軸システムです。これにより、ガルボスキャナと比較して非常に小さなフォームファクタを実現できます (統合スペースの約1/8)。一方、ピエゾチップ/チルトは、角度の移動範囲が非常に小さいのですが、ダイナミックなビーム振動に必要な移動範囲が小さいため、このデメリットは無視できます。
フラウンホーファーIWSで行われた切断性能試験の比較テストでは、観測されたプロセスウィンドウに違いはありませんでしたが、小さな統合スペースの利点はそのままです。

これは設計上の問題です。このシステムは、90°の角度のカッティングヘッド用に開発されており、これは45°の入射角を意味します。コーティングはこの角度に最適化されています。しかし、必要に応じて変更することも可能です。
最大レーザ出力は、光学素子の反射率を考慮した設計上の問題でもあります。

調べたところ、材料の厚さがビームの焦点深度/レイリー長より大きいときは、ほとんどの場合、利点が得られました。しかし、振動ビームが有益ならば、マイクロレーザを使った材料加工にプロセスがあるかもしれません。

ウルフ ヒンゼ博士

レーザ ナノファブ

セッション 3

  高度な組織工学のための高精度レーザアシスト積層造形法の活用  

Q & A

これは希望する分解能によって異なります。原理的には、転写する液滴のサイズを大きくすれば、ほとんどんな数の細胞も一度に印刷することができます。しかし、1液滴あたり1000個以上の細胞は、通常、組織工学には実用的ではなく、アプリケーションによっては、1液滴あたり数個の細胞のみを印刷する必要があります。印刷速度は、分解能に直接左右されるということを考慮しなければなりません。

細胞の種類が異なれば、それぞれの組織で非常に異なる形態をとります。例えば、ケラチノサイトのようにコンパクトにまとまっているものもあれば、神経細胞のように長く伸びているものもあり、形成される組織構造も大きく異なります。スキャフォールドの構造は、特定の種類の細胞が最適に成長し、クロスリンクして組織を形成できるように、そのニーズに合わせる必要があります。当社のスキャフォールドは、コンピュータ設計そしてレーザ加工されているため、その3D形状を完全に定義することができます。私たちは、スキャフォールド形状をそれぞれの細胞タイプに合わせて最適化することができます。

基本的には、印刷のみにかかる時間と全工程にかかる時間とを区別する必要があります。もちろん、細胞は数週間から数ヶ月かけて増殖されなければならなりません。臓器を印刷する際には、これらを分離して時間内に間に合わせる必要があります。その後も、ある程度自動化された材料供給は全体的な時間に大きな影響を与えるでしょう。数時間後に供給不足で細胞が死んでしまう前に、すべてのプロセスを終了することが極めて重要ですが、生物化学的にはこの時間を延長することができます。
純粋な印刷時間は次のように見積もることができます:100kHzのレーザと1液滴あたり10個のセルを使用した場合、1秒間に100万個、1時間あたり36億個のセルを印刷することが可能。レーザの繰り返し率も高くなり、多くの臓器では液滴1つあたりの平均細胞数が10個よりもわずかに多くなる可能性があるため、この数値はさらに高くなる可能性があります; 特に複数のプリントヘッドを使用する場合。
臓器の場合、総細胞数は一桁から二桁台の数十億とも言われていますので、純粋な印刷時間に換算すると数時間になります。これは単純な概算であり、現時点では実現不可能ですが、さらなる最適化と自動化を進めれば、将来的には臓器全体を印刷することも非現実的ではないことを示しています。

XLスキャンテクノロジは、非常に興味深い技術です。現在、スキャフォールドのサイズは、印刷時間よりもポジショニングテクノロジそのものによって制限されており、XLスキャンテクノロジは、プロセスをより速く、より技術的にインテリジェントにする魅力的な機会を提供しています。

現在、細胞の印刷に使用されているレーザは、UVまたはNIRのスペクトルを持ち、繰り返し周波数は10Hzから100kHzの範囲で、通常は2桁または3桁のμJのパルスエネルギーが適用されます。

Cliff Jolliffe博士

Physik Instrumente (PI)

セッション 3

  レーザシステムを統合する際のリスクを減らし、価値を高めるための標準プラットフォーム  
 

Q & A

いいえ、モーション軌跡の生成は、内部プロセッサが処理を行うモーションコントローラで行われます。これにより、リアルタイム拡張機能や特別なソフトウェアをPCにインストールする必要がなくなります。Windowsソフトウェアのアップデートによって問題が発生する可能性や、PCのハードウェアやWindowsのアップデートを厳密に制御する必要がなくなるのです。
SPCのCAD/CAMソフトウェアを使用する場合、複雑な3Dディテールを伴うジョブであれば、図面からモーションプロファイルに変換するプロセス時間を短縮するために、より高速なPCが必要になることがあります。

IMASの選択肢から、上位の特定ステージセットを選択すること。ステージの選択がリニアマッピング(1Dキャリブレーション)であることの確認。2Dマッピングの適用。これは年末には選択できるようになります。

精度はステージとガルボの組み合わせで決まるので、良いスキャナを選びましょう。シングルデジタルミクロンの性能と、はるかに優れた耐熱性を提供する新しいモデルがあります。
フィールドサイズとアライメントを一致させることによって、ステージとガルボフィールドが一致していることを確認します。
SPCのCAD/CAMソフトには、このプロセスを自動化するツールが用意されています。
システムの精度の基準となるのは、通常はステージです。そのため、良質なステージシステムを持つことは非常に重要です。
プロセスのスループットが許せば、より小さなスキャナーの視野を使用することができます。これはフィールドの回転に関してマッピングすることができないため、ステージのヨーの影響を低減し、ステージのキャリッジセンタからの誤差が大きくなります。