LASER World of PHOTONICS 2019, la fotonica come tecnologia abilitante dell’innovazione

LASER World of PHOTONICS è il principale appuntamento internazionale per l’industria del laser e della fotonica. Il salone si svolge in contemporanea con il World of Photonics Congress, il principale congresso di fotonica a livello europeo. Il programma del Congresso prevede diverse conferenze di organizzazioni internazionali. A completamento dell’offerta, Messe München propone presentazioni di applicazioni di fotonica (“Application Panels”).

Nel 2017 il salone ha registrato la presenza record di 1.293 espositori da 42 Paesi. Complessivamente il Centro Espositivo di Monaco di Baviera ha accolto oltre 32.000 operatori qualificati da 90 nazioni. Nel 2017 il World of Photonics Congress ha accolto 3.500 partecipanti, proponendo oltre 3.000 presentazioni. Il salone LASER World of PHOTONICS viene organizzato dal 1973 con cadenza biennale da Messe München e quest’anno si svolgerà dal 24 al 27 giugno.

I preparativi per il salone e il Congresso del prossimo giugno sono in pieno svolgimento. A che punto siamo? Lo chiediamo a Katja Stolle, Project Manager di LASER World of PHOTONICS: “Ci aspettiamo oltre 1.300 espositori da circa 45 Paesi: alzeremo ulteriormente l’asticella. Un settore in forte crescita è quello della visione e della sensoristica, per il quale voglio ricordare che, oltre alla conferenza “Optical Metrology” organizzata da SPIE, abbiamo programmato la conferenza “Imaging and Applied Optics” della OSA. Così nel 2019 avremo per la prima volta ben sette conferenze”.

Quali sono i temi di attualità di quest’anno? Chiediamo ancora. “Visione e sensoristica sono le tecnologie che aprono la strada a processi di produzione con un alto grado di automazione e qualità nell’ambito dell’Industria 4.0, pertanto sono molto richieste in tutti i settori. Attualmente registriamo anche un forte impulso dall’industria automobilistica, spinta dalla mobilità elettrica e dai veicoli autonomi. In questi segmenti le tecnologie ottiche guidano lo sviluppo. I veicoli autoguidati hanno bisogno di telecamere, sistemi LIDAR e radar, moltissimi sensori a bordo, oltre a sistemi di comunicazione ed elaborazione dati. Nessuna di queste tecnologie potrebbe esistere senza la fotonica. Anche nella produzione di batterie ad alta tensione, nei motori elettrici e nella costruzione di veicoli elettrici leggeri, il laser è una “tecnologia abilitante“.

La fotonica come tecnologia abilitante: parola chiave anche nelle bioscienze. Katja Stolle: “Assolutamente sì. Oggi la biofotonica ci consente di esaminare a fondo le cellule vive ed effettuare diagnosi sempre più precise. Grazie alla stessa tecnologia siamo in grado di effettuare un sequenziamento del genoma in poche ore. LASER World of PHOTONICS 2019 riunirà i protagonisti dell’analisi, della diagnostica e della ricerca biotecnologica. Molti dei nostri espositori sviluppano sistemi e componenti ottici che non sono destinati a un solo settore applicativo, bensì vengono impiegati anche nel settore aerospaziale, supportano la ricerca nell’industria elettronica e dei semiconduttori, o ancora contribuiscono al controllo di qualità nell’industria alimentare con nuovi sistemi di acquisizione delle immagini. La varietà di applicazioni è già oggi molto affascinante! E si aggiungono continuamente nuovi settori applicativi. Questo dinamismo fa sì che nel settore nascano continuamente nuove realtà e molte startup.”

La biofotonica ha molte sfaccettature e un grande potenziale di innovazione; alla manifestazione bavarese parteciperanno oltre 130 aziende del settore, con focus su laser per analisi, diagnostica e terapie, teranostica, biofotonica 4.0.

Ogni applicazione di biofotonica richiede una combinazione specifica di lunghezze d’onda luminosa e ottiche, dalle lenti, alle fibre ottiche, ai filtri. Le aziende che operano lungo tutta la catena di processo saranno presenti a LASER World of PHOTONICS, inclusi fornitori di ottiche adattive e difrattive realizzate in plastica, silicio fuso, zaffiro o diamante sintetico. Inoltre, nell’area espositiva Biophotonics and Medical Engineering si troveranno lenti e telecamere per endoscopi e microscopi. Naturalmente ci saranno anche i costruttori di sorgenti laser e LED per spettroscopia ad alta efficienza. I sensori ottici sono importanti anche per i dispositivi medicali di monitoraggio, ad esempio, respiratori, infusori, macchine TAC o endoscopi video.

Gli Application Panel in fiera riguarderanno nuovi sviluppi quali l’uso della realtà virtuale e aumentata nella pratica clinica e nella formazione medica. Si parlerà anche di metodi microscopici e diagnosi ottica di malattie infettive. Espositori come Carl Zeiss Meditec, Coherent Inc., Omicron-Laserage Laserprodukte, PCO e Newport Spectra-Physics forniranno informazioni sulle ultime novità nella biofotonica e sulle nuove esigenze di diagnosi e terapia. In concomitanza con il World of Photonics Congress, l’edizione 2019 dell’ECBO (European Conferences on Biomedical Optics) promuoverà il dibattito scientifico sugli sviluppi più recenti della ricerca, ad esempio l’imaging microscopico.

Rivoluzione laser in medicina: la teranostica

Tutte le tecniche di acquisizione di immagini (imaging) hanno in comune la capacità di effettuare diagnosi estremamente precise con strumenti delicati non invasivi. In teoria i pazienti non devono più attendere gli esiti degli esami se i medici effettuano l’analisi microscopica e multispettrale con endoscopi laser allo stato dell’arte: se necessario, i tessuti danneggiati verranno asportati con un intervento minimamente invasivo. Gli esperti usano il termine “teranostica” per indicare questi processi clinici accelerati e l’integrazione fra diagnosi e terapia a beneficio del paziente. Tutto ciò è possibile grazie alla fotonica.

Biofotonica 4.0, nuovo potenziale per la prevenzione

Il numero crescente di metodi di imaging rappresenta una sfida per ricercatori e medici. Procedure complesse come l’endomicroscopia laser confocale, la spettroscopia Raman e l’imaging a fluorescenza forniscono immagini e dati. Laser e filtri ottici consentono una rapida analisi dei tipi di celle con la citometria a flusso (FACS).

La biofotonica crea così le premesse per la medicina personalizzata e abilita nuove terapie. Medici e ricercatori hanno però bisogno dell’aiuto del software. Gli algoritmi che confrontano automaticamente flussi di immagini con archivi di riferimento migliorano l’efficacia della prevenzione. I pazienti possono essere sottoposti a una serie di procedure diagnostiche nell’ambito dello stesso esame: questa scansione corporea completa consentirebbe di individuare malattie pericolose a vari stadi, contribuendo a prevenire decorsi e conseguenze letali.

Benefici per pazienti specifici

La biofotonica viene già utilizzata in applicazioni particolari. Ad esempio, i medici usano tecniche multispettrali senza contatto per misurare i danni cutanei di pazienti ustionati e per monitorare l’attività del sangue nei neonati con metodi non invasivi. Dentisti e odontotecnici usano micro-spettrofotometri per garantire che denti naturali e impianti abbiano lo stesso colore. Le procedure laser consentono anche di effettuare test allergici accurati, individuare tumori della pelle o rimuovere acne e tatuaggi. Usando sistemi lab-on-a-chip e analisi spettroscopica Raman, si possono individuare germi multiresistenti in poche ore invece di giorni.

La tecnologia laser per l’Industria 4.0

I processi industriali si evolvono alla velocità della luce. I cantieri navali tagliano e saldano enormi strutture di acciaio per costruire navi cargo e da crociera. La fabbricazione di autoveicoli, aerei e macchinari fa crescente affidamento sul fascio di luce come utensile senza peso e senza contatto, così come le aziende di materie plastiche, vetro ed elettronica. Perché? Perché il laser può essere guidato con grande precisione in processi monitorati da sensori, perché non si usura e perché consente di effettuare lavorazioni ad altissima velocità.

Il ventaglio di applicazioni laser in ambito industriale diventa sempre più ampio: tagliare, forare, saldare, brasare, strutturare, temprare, incidere scritte e codici. Informazioni approfondite verranno fornite dalla tavola rotonda organizzata da SPECTARIS sul tema Fotonica 4.0 (27 giugno 2019, 10.00-12.20 nel Photonics Forum nel padiglione A3).

Al centro dell’attenzione le novità di circa 350 espositori produttori di laser e sistemi laser per l’industria. Il programma collaterale e gli Application Panel anticipano il futuro del laser nella microelettronica e nell’elettromobilità e i progressi della Fotonica 4.0. Altri approfondimenti verranno proposti nelle quattro giornate di LiM 2019 – Lasers in Manufacturing, nell’ambito del World of Photonics Congress. 

Il laser per l’auto elettrica

I sistemi laser offrono anche grande flessibilità in produzione. Nella fase attuale di transizione alla mobilità elettrica, questo aspetto è centrale. I veicoli con motori a combustione e i motori elettrici passeranno inizialmente sulle stesse catene di montaggio. La fotonica è una tecnologia chiave per l’elettromobilità e i suoi processi complessi per batterie ad alta tensione, motori elettrici, elettronica di potenza e costruzioni leggere. Tutti i dettagli verranno illustrato nell’Application PanelKeine Elektromobilität ohne Laser-Technologie” (“Non c’è elettromobilità senza tecnologia laser“, martedì 25 giugno 2019, 15.00-17.20).

Il giorno successivo si riparte con un dibattito su un settore nel quale il laser svolgerà un ruolo chiave in futuro: „Smarte Produktion von metallischen Bauteilen durch Additive Manufacturing“ (“Produzione intelligente di componenti metallici con l’additive manufacturing”, mercoledì 26 giugno, 10.00-12.20) illustra l’utilizzo del laser per produrre componenti solidi partendo da polveri metalliche e plastiche. Tutto questo senza utensili meccanici e con una libertà di progettazione finora inimmaginabile.

La stampa 3D entra nell’industria

La stampa 3D avanza a grandi passi. Accanto ai processi a letto di polveri cresce la produzione additiva con laser, dove la polvere metallica spruzzata da ugelli insieme a un gas protettivo viene fusa dal raggio laser sulla superficie, consentendo di riparare aree usurate o danneggiate. C’è anche il processo di rivestimento preventivo, ottimizzato da Trumpf in collaborazione con il Fraunhofer Institut für Laser Technologie (ILT) di Aquisgrana. Il processo consente di applicare strati con uno spessore da 10 a 300 micrometri a una velocità di oltre 250 centimetri quadrati al minuto. Poiché è sufficiente un laser molto sottile, questo processo offre anche una maggiore efficienza energetica rispetto ai tradizionali metodi di rivestimento.

Tecnologia da premio Nobel: laser a impulsi ultracorti

Anche la tecnologia del laser a impulsi ultra corti (USP), premiata nel 2018 con il Nobel per la Fisica, si sta facendo strada nella produzione industriale in serie. I visitatori di LASER World of PHOTINICS la troveranno sicuramente in fiera. Accanto ad applicazioni USP di espositori internazionali, saranno presenti organismi come la rete di innovazione dei laser USP dell’EurA AG, organizzatori di conferenza sul laser USP come l’istituto Fraunhofer ILT o promotori di grandi progetti di ricerca.

Ci sarà anche l’istituto Fraunhofer IOF, che prepara una rivoluzione nella tecnica di produzione: come già accaduto negli anni Novanta con l’accoppiamento fra fibre di vetro e laser a corpo solido, ora le fibre ottiche distribuiranno l’energia dei laser USP, abilitando applicazioni completamente nuove. Queste idee sono state sviluppate in collaborazione diretta con il premio Nobel Gérard Mourou. Anche la tecnologia USP sarà a giugno tema di un Application Panel nel quale gli esperti illustreranno opportunità e prospettiva per le applicazioni industriali del laser a impulsi ultracorti (“Chancen und Perspektiven der industriellen Anwendung für Ultrakurzpulslaser“, 24 giugno 2019, 15.00-17.20).

L’elettromobilità sotto i riflettori

Con l’elettromobilità e la guida autonoma, l’industria automobilistica sta portando avanti contemporaneamente due progetti fondamentali per il futuro. Questa rivoluzione sta prendendo slancio: entro il 2030 un nuovo veicolo su due sarà elettrico. La tecnologia laser e l’imaging svolgono un ruolo essenziale per aprire il mercato di massa. I protagonisti del settore metteranno in vetrina le soluzioni più avanzate per la mobilità del futuro.

LASER World of PHOTONICS 2019 punta i riflettori su due megatrend dell’industria automobilistica. I principali fornitori di tecnologie laser e sistemi di imaging dimostreranno come le loro soluzioni contribuiscano alla produzione efficiente su larga scala di veicoli elettrici, oltre al ruolo chiave dei sensori intelligenti per la guida autonoma.

La scelta della Cina, che dal 2019 imporrà una quota del dieci percento di veicoli elettrici sulle nuove immatricolazioni, sta imprimendo una forte spinta al mercato mondiale, oltre la soglia dei tre milioni di veicoli. Gli osservatori prevedono che entro il 2025 un’auto nuova su quattro sarà elettrica. E le proiezioni per il 2030 fissano la quota del mercato dell’elettromobilità fra il 50 e il 75 percento. Questo dinamismo pone sfide rilevanti alle case automobilistiche tradizionali e nuove. Per fabbricare veicoli elettrici sicuri, affidabili, con costi accessibili, in grandi quantità, i costruttori devono creare un nuovo ecosistema.

Il ruolo chiave dei laser nella produzione di batterie

I laser sono già impiegati con successo nei processi di saldatura nelle fabbriche di batterie e in un numero sempre maggiore di operazioni di taglio e strutturazione. Il contributo alla produzione di batterie ad alta tensione è enorme. Un terzo del valore aggiunto di un veicolo elettrico è costituito da questa catena di processo, che è considerata il fulcro dell’elettomobilità. I laser sono indispensabili in questo ambito così come nel monitoraggio dei processi in linea. Lo stesso vale per la produzione su larga scala di motori elettrici, elettronica di potenza o modelli leggeri.

Aziende come TRUMPF, Coherent ROFIN, II-VI HIGHYAG, IPG-Laser GmbH e Manz AG forniscono i processi laser. È importante notare come la giunzione e il taglio di diversi metalli non produca alcuno schizzo o spruzzo, che metterebbe subito a rischio la sicurezza nel funzionamento delle batterie. Inoltre, la longevità richiede la massima precisione dei cordoni di saldatura che devono essere a tenuta di gas e acqua. Le aziende si affidano soprattutto ai laser a fibra e a disco e a strategie di processo estremamente flessibili che prevedono un’intensità e una focalizzazione variabile del fascio laser.

Monitoraggio ottico della precisione per maggiore sicurezza e lunga durata

Specialisti di imaging come KEYENCE, STEMMER e PCO forniscono soluzioni di ispezione in linea. Queste soluzioni sono indispensabili per la fabbricazione di celle, perché la durata e la sicurezza delle celle sono spesso questione di nanometri e micrometri. I sensori misurano lo spessore degli elettrodi, verificano la distribuzione omogenea dei materiali attivi e controllano tutti i processi di avvolgimento, essiccazione, tagli e saldatura, consentendo di correggere immediatamente eventuali difetti di produzione e deviazioni dalle tolleranze. Se questi difetti passano inosservati, si corre il rischio di avere scarti eccessivi, perché oltre tre quarti del costo di una cella agli ioni di litio è rappresentato da materiali e processi.

Le tecnologie laser e imaging offrono inoltre la necessaria precisione e flessibilità per la produzione di milioni di motori elettrici, elettronica di potenza e componenti leggeri, o parti di metallo e plastica stampate in 3D. Filamenti sottilissimi saldati al laser stanno sostituendo i costosi avvolgimenti dei motori elettrici. I fogli elettrici tagliati al laser offrono vantaggi evidenti rispetto alle lamiere lavorate a macchina nella produzione variabile di diversi tipi di motori. Infine, i laser svolgono un ruolo chiave nelle costruzioni bioniche leggere con processi additivi e compositi in fibra. Insomma: l’efficienza e la varietà dei veicoli elettrici, oltre alla loro economicità, dipendono sempre e comunque dalle tecnologie fotoniche.

La fotonica come abilitatore della guida autonoma

In uno studio recente il McKinsey Center for Future Mobility indica il 2018 come anno di svolta per l’industria automobilistica. Il settore, negli ambiti dell’elettromobilità e della guida autonoma, è passato dalla fase di progettazione a quella di implementazione, con investimenti massicci. La fotonica fornisce l’infrastruttura tecnologica per la guida autonoma. Telecamere e sensori radar e, sempre più spesso, sistemi LiDAR (light detection and ranging) sostituiscono le capacità sensoriali dei guidatori umani, con prestazioni superiori soprattutto di notte e in condizioni climatiche avverse. Con diversi terabyte di dati raccolti ogni ora dai sensori ottici, si va verso lo sviluppo di sensori intelligenti che analizzano i dati autonomamente per decidere quali inviare ai computer di bordo. Anche in questo caso la fotonica è la tecnologia abilitante, perché la potenza di calcolo necessaria in spazi ristretti, insieme alla trasmissione efficiente dei dati, sarebbero impensabili senza tecnologie laser e ispezioni ottiche nell’industria dei semiconduttori.

Guarda il video relativo all’Edizione 2017:

E la fotonica quantistica? Lo chiediamo a Katja Stolle: “La tecnologia quantistica sarà in primo piano anche alla prossima edizione. La visione dell’ottica quantistica ha assunto in pochissimo tempo forme concrete. Il Prof. Anton Zeilinger presenterà il lavoro del suo team presso l’Istituto di Ottica e Informatica Quantistica dell’Accademia delle Scienze austriaca a Vienna. Ci saranno poi altre presentazioni su questo tema nella European Quantum Electronics Conference. Ma anche nei padiglioni la tecnologia quantistica avrà un ruolo importante. Molti espositori hanno già proposte concrete. Inoltre, il programma collaterale del salone prevede un doppio percorso di aggiornamento sull’applicazione delle tecnologie quantistiche nell’ambito della sensoristica e della simulazione e nell’ambito dell’imaging e della comunicazione. I temi spazieranno quindi dalla ricerca di base alle applicazioni concrete. Sono certa che anche in questo caso la fotonica ci mostrerà la strada verso il futuro. Chi vuole avere un’anteprima dettagliata del futuro non deve quindi mancare all’appuntamento in fiera a Monaco di Baviera dal 24 al 27 giugno 2019.

https://world-of-photonics.com

 

 

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