Dalla progettazione ottica alla formatura, alla lucidatura laser e alla correzione della forma laser fino all'assemblaggio e al confezionamento, il Fraunhofer ILT offre una produzione completamente integrata, unica al mondo in questa forma. In questo modo, l'istituto si rivolge tra l'altro a produttori e utilizzatori di settori come la tecnologia medica, l'ottica laser o la microelettronica.
[Array di microlenti monolitiche doppie basate su laser per l'omogeneizzazione della radiazione laser. L'intera catena di processo basata su laser consente una produzione efficiente di superfici ottiche complesse.]
Dalla tradizione all'innovazione
Il nome Fraunhofer rappresenta da oltre duecento anni progressi nell'ottica. Il fisico e ottico Joseph von Fraunhofer sviluppò all'inizio del XIX secolo nuovi metodi per la produzione e la caratterizzazione di ottiche in vetro precise, ponendo così importanti basi per la moderna produzione ottica.
Oggi i ricercatori del Fraunhofer ILT riprendono questa tradizione e allo stesso tempo promuovono un cambiamento tecnologico dirompente: i processi basati su laser dovrebbero sostituire i passaggi di produzione convenzionali che fino ad oggi richiedono interventi manuali regolari, consentendo catene di processo completamente digitali e altamente automatizzabili. Il risultato: anche geometrie complesse come asfere, ottiche a forma libera o superfici microstrutturate possono essere prodotte e corrette in modo efficiente - sia che si tratti di array di microlenti nell'ordine del submillimetro o di asfere complesse su scala centimetrica.
[Anche le geometrie più complesse possono essere realizzate in modo efficiente senza ulteriori costi per gli utensili. Qui: lente a forma libera per la proiezione del logo, dopo l'erosione laser (a sinistra), lucidatura laser (al centro) e antiriflesso (a destra).]
Produrre ottiche complesse senza sforzo aggiuntivo
Presso il Fraunhofer ILT, i singoli passaggi di lavorazione basati su laser si integrano perfettamente. A partire dalla formatura laser, è possibile preformare in modo mirato i semilavorati in vetro. Nei passaggi successivi, la lucidatura laser e, se necessario, la correzione della forma laser garantiscono la levigatura delle superfici e la compensazione delle deviazioni di forma nell'ordine del nanometro. La tecnologia di produzione è completata da un design ottico adatto alla produzione e da procedure per la regolazione attiva e l'imballaggio dei componenti ottici. In questo modo si crea una catena di processo continua e digitalmente controllabile, con la quale è possibile produrre e integrare in modo efficiente sia singole ottiche che interi gruppi ottici.
«Al laser non importa la complessità della geometria ottica», spiega il Dr. Edgar Willenborg, responsabile della lucidatura presso il Fraunhofer ILT, il vantaggio decisivo. «Asfere, superfici freeform o geometrie speciali possono essere realizzate con lo stesso strumento senza un grande sforzo aggiuntivo. Solo la tecnologia di misurazione diventa più complessa.» Willenborg definisce questo principio come «Complexity for Free». Nella produzione classica, un'asfera può costare facilmente cinque volte di più rispetto a una sfera comparabile - una differenza che con i processi basati sul laser scompare.
Martin Kratz, responsabile del gruppo di strutturazione in volume e litografia presso il Fraunhofer ILT, spiega un ulteriore valore tecnico: "Lavorando con il laser attraverso il vetro, è possibile realizzare la parte anteriore, il retro e il cilindro laterale di un'ottica in un'unica morsa con la massima precisione degli assi ottici tra loro. Lo spettro varia da array di microlenti con lenti singole a partire da 500 micrometri fino a macroottiche con attualmente un diametro fino a 80 millimetri." In futuro, i gruppi di ricerca intendono scalare i loro processi di produzione anche a diametri maggiori.
[Obiettivo asferico a farfalla con diametro di 40 mm dopo la formatura laser e ancora prima della lucidatura.]
Produzione ottica basata su laser in cammino verso l'industria
Il Fraunhofer ILT ritiene che sia giunto il momento di trasferire queste tecnologie nella pratica industriale. "Dopo molti anni di sviluppo fondamentale dei processi, siamo sulla soglia della realizzazione industriale", afferma Edgar Willenborg. "La crescente cooperazione con i produttori di macchine dimostra: l'industria è pronta a compiere questo passo." Con questo, il Fraunhofer ILT si rivolge specificamente alle aziende che desiderano integrare la produzione ottica basata su laser nella propria produzione.
La produzione ottica basata su laser apre nuove possibilità per applicazioni in cui sono richieste geometrie complesse e una produzione flessibile. Ciò include, ad esempio, sistemi ottici per la tecnologia medica, così come ottiche laser per applicazioni industriali e componenti ottici per la microelettronica. Anche in settori futuri come la tecnologia quantistica, la litografia EUV o la ricerca sulla fusione, cresce la domanda di ottiche speciali ad alta precisione.
»Molti sistemi ottici moderni richiedono oggi geometrie su misura, che possono essere realizzate con metodi classici solo con grande impegno.«, spiega Martin Kratz. »I processi basati su laser consentono di produrre tali ottiche in modo flessibile ed economico – soprattutto quando sono richieste geometrie complesse.«
Trasferimento tecnologico dalla ricerca alla produzione
»L'offerta di servizi del Fraunhofer ILT copre l'intera gamma, dal primo concetto fino al supporto dell'implementazione industriale. All'inizio c'è spesso uno studio di fattibilità, in cui insieme al cliente si verifica se e come i processi basati su laser possono essere adattati ai suoi specifici design ottici e requisiti«, aggiunge il Dr. Christian Vedder, responsabile del dipartimento "Tecnologia delle superfici e Ablazione". Su questa base, il Fraunhofer ILT produce prototipi e piccole serie, come dimostratori e per la validazione del processo. Nel passo successivo, l'istituto supporta le sue clienti e i partner di progetto nell'introduzione industriale dei nuovi processi di produzione nella propria produzione. Dove sul mercato non sono disponibili macchine adeguate, il Fraunhofer ILT le sviluppa e costruisce su richiesta.
Attualmente, circa 12 scienziati e scienziate stanno lavorando alla produzione ottica basata su laser presso il Fraunhofer ILT. Due aree di ricerca sono attualmente al centro dell'attenzione: da un lato, l'integrazione di sistemi di sensori nei processi di produzione, per aumentare ulteriormente la precisione della forma delle ottiche prodotte. Dall'altro, l'ottimizzazione della catena di processo con l'obiettivo di aumentare la soglia di distruzione indotta da laser delle superfici ottiche, un parametro di qualità decisivo, soprattutto per le ottiche laser ad alte prestazioni.
Alla Optatec dal 5 al 7 maggio 2026 a Francoforte sul Meno, il Fraunhofer ILT presenterà presso lo stand 219 nel padiglione 3 alcuni dimostratori selezionati lungo questa catena di processo. I ricercatori dell'istituto saranno disponibili durante la fiera per conversazioni su applicazioni concrete, sviluppo dei processi e opportunità di cooperazione. Inoltre, il Fraunhofer ILT parteciperà il 6 maggio con una conferenza tecnica e una successiva discussione in panel a un programma di SPIE optics.org.
Fraunhofer ILT all'Optatec 2026 nel Padiglione 3 allo Stand 219
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