En la fabricación basada en láser, acomodar superficies no planas o cambiantes tradicionalmente ha requerido mucha mano de obra, lo que implica procedimientos complejos de mapeo de enfoque o caracterización ex situ. Esto a menudo resulta en errores de reposicionamiento y tiempos de procesamiento prolongados.
Para abordar estos problemas, se ha desarrollado el enfoque automático de velocidad ultraalta en el procesamiento láser. Mientras que la mayoría de las técnicas de enfoque automático todavía requieren el movimiento mecánico de un escenario motorizado. Este movimiento mecánico en el eje de propagación del haz puede ser significativamente más lento que la velocidad lateral, ralentizando el proceso de detección y realineación de la superficie. Además, requiere métodos de retroalimentación, control y detección para determinar la posición focal óptica.
En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , un equipo de investigadores, dirigido por el profesor Craig B. Arnold del Departamento de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de la Universidad de Princeton, EE. UU., desarrolló un método rápido para rastrear simultáneamente la ubicación específica de una superficie y ajustar el enfoque de un sistema óptico. Emplearon ópticas varifocales axiales, específicamente una lente TAG, que opera a 0,1-1 MHz, evitando los retrasos del movimiento mecánico en la dirección de propagación del haz.
El equipo utilizó de forma innovadora el escaneo z dinámico para la detección y el movimiento simultáneamente sin ningún movimiento axial mecánico. El tiempo entre la detección de la superficie, la recuperación del enfoque y el disparo del pulso láser de fabricación está teóricamente dentro de dos períodos de escaneo z, o varios microsegundos, significativamente más rápido que cualquier sistema de reenfoque mecánico combinado con elementos secundarios de detección de la posición de la superficie. P>
El equipo explicó el principio operativo de su método de enfoque automático:"Integramos una única lente varifocal en una configuración de haz láser dual, que consta de un haz de sonda y un haz de fabricación. El haz de sonda escanea continuamente a lo largo del eje z, y el La respuesta temporal de su reflejo está relacionada con la ubicación en la superficie."
"Al mismo tiempo, guiamos el haz de fabricación a la posición deseada activando el láser de fabricación en el momento adecuado. Este enfoque reduce los pulsos del láser desenfocados y aumenta la velocidad de procesamiento cuando se procesan muestras no planas o cambiantes".
Los investigadores también destacaron el potencial de esta técnica de enfoque automático con un sistema de detección y enfoque en tiempo real fabricado en laboratorio, diseñado para seguir instantáneamente la topografía de la superficie sin ningún movimiento mecánico en la dirección z.
"Esta novedosa solución para la alineación del enfoque axial abre nuevas posibilidades para el procesamiento de materiales de superficies variables y no planas a altas velocidades. Creemos que el cambio del movimiento mecánico de elementos ópticos a la conformación dinámica del haz de luz seguirá inspirando aplicaciones más interesantes en metrología óptica. y fabricación láser 3D."
Más información: Xiaohan Du et al, Escaneo z dinámico de lente única para detección simultánea de posición in situ y control de enfoque de procesamiento láser, Luz:ciencia y aplicaciones (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01303-2
Información de la revista: Luz:ciencia y aplicaciones
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
