Download het artikel in 
Een femtosecondenlaser heeft een ultra-korte maar krachtige puls. Een femtoseconde is een biljardste van een seconde. De femtosecondelaser ‘schrijft’ defractieve structuren in glas. Maar deze lasers zijn ook in te zetten om microlabs ‘op een chip’ te schrijven of MEMS op glas te produceren. Op de Innovation Convention, die de Europese Commissie in Brussel organiseerde, werden enkele mooie projecten met Waalse inbreng voorgesteld.
In het kader van het EU-project Sfera is een toepassing ontwikkeld om farmacieflesjes op een draaitafel te markeren met een femtosecondenlaser. De pulsen van de femtolaser veranderen de reflectie-index van het glas zonder dat het glas barst of beschadigd raakt. De moleculen van het glas worden lichtjes herschikt. Hiermee zijn verschillende effecten mogelijk. Het kan resulteren in een wit schrift, kleuren in ‘t glas,... Dat maakt de markering met deze technologie ook interessant als echtheidskenmerk. Het effect is permanent.
“Bedrijven die de technologie het eerst inzetten zullen er voordeel uit halen”, zei Jean-Michel Mestrez van TrackInside uit Angleur. Maar de vertaalslag is niet eenvoudig. Het volstaat voor een bedrijf immers niet om één productielijn ermee uit te rusten. Het moet op alle lijnen. En dat niet alleen voor de ‘schrijvende’ technologie. Aan de andere kant van de keten -in de distributie- moet de code ook ‘gelezen’ en geverifieerd kunnen worden.
Eerste klant in de farma-industrie
“We halen nu snelheden van tien markeringen per seconde”, zegt Mestrez. Dat brengt de prestaties in lijn met de snelheid van 600 flesjes per minuut die andere technologieën halen in de sector. “We werken aan een prototype demonstrator.” Ondertussen gebeuren de validaties. Gemikt wordt op de farma-industrie in Europa -meer bepaald België en Frankrijk- en Canada. Een eerste klant zou nog in 2012 met de technologie van start gaan, twee jaar na het beëindigen van het onderzoeksproject. De farma-industrie zat dan ook in de adviesraad tijdens het project. “Het integreren van het hele systeem maar vooral het optimaliseren van de kost waren hier de uitdaging.” De grootste kost is de femtolaser zelf. Typisch kost die een half miljoen euro.
Die femtolaser werd gebouwd door Amplitude Systems -uit het Franse Bordeaux- dat tegelijk ook het project coördineerde. Eindintegrator en -gebruiker is TrackInside uit Angleur. Andere partijen in het project zijn o.a. het Belgische Lasea, dat de optiek verzorgt, en KS Techniques uit Battice, dat instaat voor de nodige software en de mechatronica. Alle partners in het Sfera-project zijn aandeelhouder van TrackInside, dat opgericht werd in 2007 en nu twee medewerkers telt. KS Techniques is trouwens ook aandeelhouder van Lasea. TrackInside zal de ontwikkelde technologie aan de man brengen. Er wordt gedacht aan het ‘verkopen’ van systemen, niet aan het in licentie geven van de technologie. Alternatieve formules als ‘pay per click’ of ‘per spuit’ werden wel bekeken maar “het blijkt dat deze industrie veeleer kiest om zijn apparaten in één keer te betalen.” Er wordt dus in eerste instantie gemikt op de farmawereld -anti-vervalsing, authenticatie- en op luxeproducten en -merken (parfum, uurwerken, dure alcohol).
Nanogratings op metaal
De technologie werd oorspronkelijk ontwikkeld in het Naginels-project. Sfera, het opvolgingsproject, verbeterde de technologie en trok de snelheid op van één markering per 2 tot 3 seconden naar 10 per seconde. Om dat resultaat te bekomen, werd het vermogen van de femtosecondelaser opgetrokken van 1 watt naar 20 watt. “Daarmee kunnen we dus 20 keer sneller schrijven”, stelde Mestrez. De focus van de laserstraal meet zo’n 2 tot 3 micron. Het kan ook kleiner. Maar hoe kleiner de focus, des te korter de focale lengte. Hoe korter de focale lengte, des te moeilijker er geschreven kan worden.
De femtolaser kan ook ‘schrijven’ in kunststoffen maar daar blijkt vandaag weinig vraag naar. Het proces moet immers geval per geval geoptimaliseerd worden. Er zijn bovendien meer soorten kunststoffen. “We kunnen ook ‘nanogratings’ neerzetten op metaal of zorgen voor abrasie. Onder verschillende soorten licht ‘kleurt’ het beschreven metaal anders op. Oppervlaktebehandeling, dus.”
Etsende femtosecondenlaser
In Brussel werd ook het eerste prototype getoond van de Femtoprinter. Het Femtoprint-project maakt gebruik van een femtosecondenlaser om microsystemen te printen. De femtosecondenlaser wordt dan niet ingezet voor zijn fotonica eigenschappen of refractieve werking maar om in glas 3D-banen te etsen. Dat worden dan vloeistofkanalen van een ‘microlab op een chip’, bijvoorbeeld. De laser bewerkt ook de oppervlakte en sleutelt daarmee aan de specifieke chemische eigenschappen van het glas. Projectleider Yves Bellouard van de Technische Universiteit Eindhoven merkt op dat glas een ander gedrag vertoont naarmate je naar een microschaal schuift. Hoe kleiner, des te minder kwetsbaar, des te ‘soepeler’ en des te minder defecten of imperfecties het glas vertoont. “Glas kan dan -net als silicium- gebruikt worden voor zowel mechanische -denk aan MEMS- als voor optische toepassingen.”
Bij de productie van MEMS -mechanische microtoestellen- is een van de belangrijkste flessenhalzen voor snelle prototypering vandaag het feit dat het moet gebeuren in een cleanroom-omgeving. Deze technologie zou daarin een verschil kunnen maken. “De femtolaser is een ‘paradox’. Hij produceert een puls met een enorme kracht - maar die wordt slechts gedurende een femtoseconde aangehouden. Hij verbruikt minder dan een LED. We kunnen de apparatuur dus miniaturiseren en zelfs dromen van een tabletop printer”, zegt Bellouard. De femtolaser werkt niet met een vezel om het licht over te brengen naar de lens. Het licht wordt via optica en spiegels ter plekke gebracht. “Er zijn nog geen vezels die betrouwbaar genoeg zijn voor de femtolaser”, zei Bellouard. De lens is vast. Bij Femtoprint ligt het te beschrijven voorwerp op een bewegende tafel die piezo-gestuurd is en snelheden haalt van 30 mm/sec (2,5 MHz).
(foto’s: LDS)
door Luc De Smet, Engineeringnet Magazine
