作為一種精密制造工具，超短脈沖激光正在被越來越多的工業用戶廣泛接受。特別是因為該技術在近些年來取得的技術進步和成果，得以讓企業的生產力大大提高。在2020年10月9日舉行的弗勞恩霍夫協會年度會議上，一個來自工業研究領域的團隊獲得了合作研究科技促進獎。該團隊開發出的技術可將一束激光束分成16分束。這意味著16個并行的工具，可同時被控制以生成功能表面。

如今，激光加工不僅受到經濟發展的驅動，也受到環境的影響。例如，精細的表面結構通常使用壓花工具成型，然而傳統濕化學蝕刻工藝制造壓花工具，通常會對環境造成不利影響。為了提高生產效率，專家們試圖用激光直接燒蝕代替傳統的濕蝕刻工藝，他們的愿景是讓生產技術可持續發展，同時又對環境友好。

目前，激光可以很容易地實現低至幾微米的加工精度。然而，與蝕刻工藝不同的是，激光是按順序加工相關結構的。因此，單臺激光器對于大面積的加工效率還是太慢。并行使用多個激光系統的方案具有可行性，但缺點是費用過于昂貴。

面對“高效率生產精細結構”這一行業愿景，來自Schepers GmbH&Co.KG的機械工程師Stephan Brüning博士和Matthews International GmbH的Gerald Jenke博士幾年前與弗勞恩霍夫激光技術研究所的研究人員攜手合作。他們與EdgeWave GmbH Innovative Laser Solutions公司的Keming Du博士和LIMO GmbH的Manfred Jarczynski博士一起，在“光子學的基礎：功能表面和涂層”的框架下，向聯邦教育和研究部(BMBF)申請了項目資助。

整個價值鏈的可持續發展

在MultiSurf聯合項目中，ArnoldGillner博士與弗勞恩霍夫激光技術研究所的MartinReininghaus博士、JohannesFinger博士表示：“任何想要成功開發這種復雜技術的人都應該著眼于整個價值鏈，這需要多種多樣的技能，也意味著需要加強團隊合作。”

因此，一個跨公司、技術和研究所界限的團隊開發了利用激光器進行高效表面結構加工的解決方案，其技術核心是平均功率為500W的新型超短脈沖激光器。一個特殊的光學器件將輸入的激光輻射分成多達16個分束，該技術甚至可以擴展到64個分束。這些光束由特殊的晶體單獨控制。光束矩陣被引導到待處理的工件表面后，根據需要快速打開和關閉光束以完成加工過程。同時，他們還對最佳材料燒蝕的精確參數進行了模擬，并與弗勞恩霍夫的專家們多年來獲得的工藝知識進行了比對。

科技無上限

基于Schepers Digilas機器的基礎，各部件被集成到一個新機器系統中。由于它很好地結合了加工質量和速度，這臺機器超過了目前所有的壓印滾筒結構系統。它可能是世界上第一臺能夠以100mm3/min的燒蝕速度，對金屬進行超短脈沖激光微結構加工的設備。

當然，這項技術可以應用在更廣泛的領域，例如其他輥對輥工藝的應用，電池和氫技術方面的應用也在討論中。對于周期結構的燒蝕，弗勞恩霍夫激光技術研究所也開發了超過300個平行光束的燒蝕系統，但這些光束不能單獨控制。所有這些都是生產功能性表面新一代技術的一部分。當激光系統的功率進一步擴大時，未來甚至可以經濟地加工更大的表面。例如，通過適當的表面處理，可以降低風力渦輪機或飛機機翼的風阻。