超精密加工とデジタル生産モードを目指したキロワット超短パルスレーザーの研究開発への道

世界的な新しいクラウン肺炎の流行はまだ緩和傾向にありませんが、レーザー加工業界は流行の影響と影響に首尾よく抵抗したようです。 Optech Consultingの分析レポートによると、2020年の世界の産業用レーザー光源市場は2019年と比較して2％増加して43億米ドルになり、世界のレーザー加工システム市場は12％増加して195億ドルになると予想されています。 2021年の米ドル。

ドイツスペクタリス産業協会の統計によると、2020年には、ドイツの約1,000社がフォトニクスの分野で406億ユーロの売上を生み出しました。これは、2019年に比べて0.1％の増加です。協会はまた、ドイツのフォトニクス市場は2021年に9.4％成長すると予測しており、輸出も16％成長すると予想されています。

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■FraunhoferClusterof Excellence Capsは、正確でスケーラブルでデジタル制御可能な材料処理のためのキロワットクラスの超短パルスレーザーを開発しています。



事実は、フォトニクスがハイテク基地としてのヨーロッパの重要な技術であることを証明しています。長年の研究開発投資を通じて、ドイツ経済は主導的な地位を獲得してきました。超短パルスレーザーは、処理精度をサブミクロンレベルまで高めることができ、非線形相互作用により最も硬い材料を処理することもできます。現在、フラウンホーファークラスターオブエクセレンスキャップスは、キロワットクラスの超短パルスレーザーを開発しています。



フラウンホーファーレーザー技術研究所の所長であるコンスタンティンヘフナー教授は、「光子世紀」においてこの地位を維持することは、政治、ビジネス、科学の最も重要な任務であると述べました。同時に、フォトニクスのバックグラウンドを持つ若者が業界の発展にとって非常に重要であるとも指摘しました。ドイツはこの分野に的を絞った投資を続けなければなりません。



■フラウンホーファーレーザー技術研究所所長、コンスタンティン・ヘフナー教授



非接触で摩耗のないツールとして、レーザービームにはさまざまな形態があります。ガス、光ファイバー、または半導体レーザーは、自動車製造、半導体産業、測定技術などのアプリケーションで確立されています。同時に、超短パルスレーザーの普及により、レーザー材料加工の品質もさらに向上します。



超短パルスレーザーは、非線形相互作用により、サブミクロンの処理精度で硬い材料を処理することもできます。これにより、材料処理の用途が広がり、デジタルフォトン生成の究極のツールになります。ただし、超短パルスレーザーは、高スループットアプリケーションに必要な平均出力と産業用堅牢性に欠けています。



フラウンホーファーエクセレンスクラスターアドバンストフォトンソースキャップの一部として、プロジェクトチームによって開発された超短パルスレーザーは、平均出力10kWでこの技術的なボトルネックを克服します。これらの世界記録の達成により、近い将来、大規模な業界アプリケーションが存在するでしょう。現在、新しい超短パルスレーザーは、イエナとアーヘンの2つのアプリケーションラボで多数のアプリケーションテストを受けています。



ヘフナー教授は、現代の生産には柔軟性と敏捷性が必要であるため、製品だけでなくプロセスにも注意が払われていると述べました。デジタル光子生産は産業発展の促進者であり、仮想開発環境と実際の生産の間のギャップを埋めます。現在、ますます多くの研究が機械学習と人工知能を効果的に利用して、プロセスの適応を加速し、市場投入までの時間を短縮するでしょう。将来的には、プロセスは、コスト、規制、または持続可能性の推進要因により迅速に適応する必要があります。将来の競争上の優位性は、実稼働環境でのデジタルデータの効果的な使用です。デジタル化は、レーザー技術の開発において避けられない傾向です。



クラウドを介して100個のレーザーを自動的に制御

これに先立ち、RWTHアーヘン大学とフラウンホーファーレーザー技術研究所は、レーザー処理を制御および監視するためのデータセンターを設立しました。このコンセプトは、フラウンホーファーレーザー技術研究所によって開発され、オープンソースソフトウェアKubernetesを使用するレーザーシステムを制御するプロジェクトに基づいています。対応するシステムは2年間正常に実行されており、新しいレーザーのソフトウェアは数分以内にリモートで自動的にインストールできます。

最強レーザーポインター

超短パルスレーザーは、ほとんどすべての材料をミクロンの精度で処理できる複雑なシステムです。機器の多くのセンサーが機械とレーザー加工プロセスを制御します。コンポーネントを制御し、センサーからデータを読み取るためのソフトウェアは非常に多様です。




■Kubernetesソフトウェアは、複数の超短パルスレーザーシステムを制御するために使用されます。研究者は現在、測定データの自動評価に取り組んでいます



MoritzKrögerは、RWTHアーヘン大学のレーザー技術の議長の研究助手であり、Fraunhofer Institute for LaserTechnologyの共同議長です。彼は、これらのシステムに新しいソフトウェアをインストールし、センサーデータをリアルタイムで評価するという観点から、50〜100個のレーザーを制御するには、従来の概念では不十分であると述べました。したがって、マシン制御を完全に再プログラムする必要があり、オープンソースソフトウェアはより分散されたシステム互換性と開発オプションを提供します。



■本番インターネットでは、Kubernetesを使用して自由にスケーラブルな本番システムを制御できます



データセンター運用の中核はKubernetesです。オープンソースソフトウェアとして、Kubernetesは分散コンピューターシステムにアプリケーションを自動的にインストール、拡張、および保守できます。このソフトウェアは元々Googleによって設計され、Microsoft Azure、IBM Cloud、Red Hat OpenShift、Amazon EKS、Google Kubernetes Engine、OracleOCIなどの主要なクラウドプラットフォームによってサポートされていました。



現在、2つの研究機関が測定データの自動評価を研究しています。目標は、複数のシステムからデータを収集し、ユーザーのためにグラフィカルに処理することです。将来的には、レーザーシステムの処理プロセスは、機械学習と人工知能の分野のデータの助けを借りて最適化される予定です。