Nella produzione basata sul laser, l'adattamento di superfici non piatte o mutevoli è stato tradizionalmente ad alta intensità di manodopera, comportando complesse procedure di mappatura del fuoco e/o caratterizzazione ex-situ. Ciò si traduce spesso in errori di riposizionamento e tempi di elaborazione prolungati.
Per risolvere questi problemi, è stata sviluppata la messa a fuoco automatica ad altissima velocità nella lavorazione laser. Mentre la maggior parte delle tecniche di messa a fuoco automatica richiedono ancora il movimento meccanico di un tavolino motorizzato. Questo movimento meccanico nell'asse di propagazione del raggio può essere significativamente più lento della velocità laterale, rallentando il processo di rilevamento e riallineamento della superficie. Inoltre, richiede metodi di feedback, controllo e rilevamento per determinare la posizione focale ottica.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications , un team di ricercatori, guidato dal professor Craig B. Arnold del Dipartimento di ingegneria meccanica e aerospaziale dell'Università di Princeton, negli Stati Uniti, ha sviluppato un metodo veloce per tracciare contemporaneamente la posizione specifica di una superficie e regolare la messa a fuoco di un sistema ottico. Hanno utilizzato un'ottica varifocale assiale, in particolare una lente TAG, che funziona a 0,1-1 MHz, bypassando i ritardi dovuti al movimento meccanico nella direzione di propagazione del raggio.
Il team ha utilizzato in modo innovativo la scansione z dinamica sia per il rilevamento che per il movimento simultaneamente, senza alcun movimento assiale meccanico. Il tempo che intercorre tra il rilevamento della superficie, il recupero della messa a fuoco e l'attivazione dell'impulso laser di fabbricazione è teoricamente entro due periodi di scansione z, o diversi microsecondi, significativamente più veloce di qualsiasi sistema di rifocalizzazione basato su meccanica combinato con elementi secondari di rilevamento della posizione della superficie.
Il team ha spiegato il principio operativo del loro metodo di messa a fuoco automatica:"Abbiamo integrato una singola lente varifocale in una configurazione a doppio raggio laser, composta da un raggio di sondaggio e un raggio di fabbricazione. Il raggio di sondaggio esegue la scansione continua lungo l'asse z e il la risposta temporale della sua riflessione è correlata alla posizione della superficie."
"Contemporaneamente, guidiamo il raggio di fabbricazione nella posizione desiderata attivando il laser di fabbricazione al momento opportuno. Questo approccio riduce gli impulsi laser sfocati e aumenta la velocità di elaborazione durante l'elaborazione di campioni non piatti o mutevoli."
I ricercatori hanno inoltre evidenziato il potenziale di questa tecnica per la messa a fuoco automatica con un sistema di rilevamento e messa a fuoco in tempo reale realizzato in laboratorio, progettato per seguire istantaneamente la topografia della superficie senza alcun movimento meccanico nella direzione z.
"Questa nuova soluzione per l'allineamento del fuoco assiale apre nuove possibilità per la lavorazione dei materiali di superfici non piane e variabili ad alte velocità. Riteniamo che il passaggio dal movimento meccanico degli elementi ottici alla modellazione dinamica del fascio di luce continuerà a ispirare applicazioni più interessanti nella metrologia ottica e produzione laser 3D."
Ulteriori informazioni: Xiaohan Du et al, Scansione z dinamica a lente singola per il rilevamento simultaneo della posizione in situ e il controllo della messa a fuoco dell'elaborazione laser, Luce:scienza e applicazioni (2023). DOI:10.1038/s41377-023-01303-2
Informazioni sul giornale: Luce:scienza e applicazioni
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
