Mecanizado de precisión para la investigación de vanguardia

El Instituto Max Planck de Óptica Cuántica (MPQ) de Garching, cerca de Múnich, tiene sus orígenes en un grupo de proyecto para la investigación del láser, que se fundó en 1976 en el Instituto Max Planck de Física del Plasma. Cinco años más tarde obtuvo el estatus de instituto independiente. Para sus investigaciones, cuentan con la ayuda de diferentes modelos de máquinas-herramientas DMG MORI, como una DMU 40, una DMU 50 y una DMU 65 monoBLOCK además de una CLX 450 para el torneado.

Con cuatro departamentos en distintas áreas del desarrollo del láser y la física cuántica, el MPQ investiga desde entonces la interacción de la luz con los sistemas cuánticos. Los departamentos del instituto se ocupan de la materia cuántica a temperaturas extremadamente bajas, los fundamentos de la óptica cuántica y la física de attosegundos. También se centra en experimentos con partículas cuánticas individuales e información. Los respectivos laboratorios utilizan equipos complejos de alta precisión, que se construyen con el apoyo del taller interno. 15 especialistas fabrican componentes de precisión con las geometrías más exigentes en máquinas-herramienta de DMG MORI. El taller de mecanizado incluye una DMU 40, una DMU 50 y una DMU 65 monoBLOCK para el mecanizado simultáneo en 5 ejes. También hay una CLX 450 para operaciones de torneado.

El MPQ investiga la interacción de la luz con los sistemas cuánticos.

Las investigaciones del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica proporcionan a los físicos conocimientos cada vez más profundos sobre el microcosmos. Los resultados son tan revolucionarios que ya se han concedido dos Premios Nobel de Física a empleados de Garching: el primero en 2005 al profesor Theodor W. Hänsch por el desarrollo de la espectroscopia de precisión basada en láser. Esta tecnología permite determinar con extrema precisión el color de la luz de átomos y moléculas. De este modo, las frecuencias pueden medirse con una incertidumbre de unas pocas millonésimas de milmillonésima de hercio. El profesor Theodor W. Hänsch investiga la espectroscopia láser de alta precisión del hidrógeno y elementos similares en el MPQ, en el Grupo Emérito de Espectroscopia Láser.

El Premio Nobel fue concedido al Profesor Ferenc Krausz en 2023. A principios de siglo, él y su equipo consiguieron aislar un único pulso de rayos X con una duración de 650 attosegundos. Un attosegundo corresponde a la milmillonésima parte de la milmillonésima parte de un segundo. Esto corresponde a la relación entre un segundo y la edad del universo. La interacción de los electrones entre sí o con la luz en la materia también tiene lugar en esta escala de tiempo inimaginablemente pequeña. Por tanto, se requieren tiempos de exposición extremadamente cortos para observar o controlar los electrones a nivel atómico en tiempo real. Aquí es exactamente donde la física de attosegundos puede ayudar. El profesor Ferenc Krausz ve un beneficio práctico para la medicina. Al fin y al cabo, los movimientos de los electrones también desempeñan un papel en los sistemas biológicos. Con esta investigación se están desarrollando fuentes de infrarrojos, rayos X y partículas accionadas por luz láser de femtosegundos, que se utilizan para el diagnóstico precoz y el tratamiento del cáncer.

“Nuestros laboratorios necesitan instrumentos ópticos muy especiales y de alta precisión para llevar a cabo sus experimentos. La estabilidad de las máquinas de 5 ejes de DMG MORI y sus amplios sistemas de refrigeración permiten el mecanizado de alta precisión de las geometrías, a menudo complejas”, explica Michael Rogg, jefe del taller Max-Planck-Institut für Quantenoptik

El alto nivel de la investigación en el MPQ también se refleja en el taller interno. “Nuestros laboratorios necesitan instrumentos ópticos muy especiales y de alta precisión para llevar a cabo sus experimentos”, explica Michael Rogg, que trabaja en el instituto desde 1986 y dirige el taller desde hace 13 años. “Los ingenieros diseñan los componentes de los aparatos según las especificaciones de los investigadores, que nosotros fabricamos con la calidad y precisión requeridas”. Para esta tarea, el equipo del taller está equipado con modernos centros de mecanizado simultáneo de 5 ejes de DMG MORI. La adquisición más reciente fue una DMU 40 en diciembre de 2023. “La estabilidad de las máquinas y sus amplios sistemas de refrigeración permiten un mecanizado preciso de las geometrías, a menudo complejas”, afirma Michael Rogg.

La complejidad y la precisión, por un lado, y la gran variedad de materiales, por otro, es lo que caracteriza los pedidos del taller de MPQ. “Como muchos experimentos se llevan a cabo en el vacío, los componentes de acero inoxidable son habituales, pero también se utilizan aluminio, aleaciones de cobre o plásticos especiales debido a sus propiedades individuales”, comenta Michael Rogg sobre la amplia gama de materiales. El reto consiste en tener en cuenta el comportamiento de los diversos materiales en el proceso de mecanizado. Otro reto son las estrategias de mecanizado individuales. Las piezas, en su mayoría pequeñas, pueden ser muy delicadas, lo que a su vez requiere un mecanizado lo menos agresivo posible. Michael Rogg menciona tolerancias del orden de unos pocos micrómetros en casos extremos: “Incluso un cortador de roscas puede provocar deformaciones no deseadas”. Por eso ya se ha fresado una rosca M1 en la DMU 65 monoBLOCK y no se ha cortado.

En la producción, una persona es siempre responsable de todo el componente, desde la programación hasta el control de calidad final. Así explica Michael Rogg la gran demanda de buen personal: “Al contrario que en la industria, en la investigación la rentabilidad sólo es una preocupación secundaria. Lo que cuenta ante todo es el resultado perfecto. Por eso buscamos especialistas especialmente motivados y jóvenes con ganas de aprender”. El MPQ está preparando actualmente a tres becarios para este apasionante trabajo.

Socio desde hace muchos años en el mecanizado

En colaboración con institutos de investigación, universidades y escuelas de formación profesional, la DMG MORI Academy se encarga de equipar los talleres. Es muy consciente de los requisitos que allí se plantean y conoce las diferencias con la industria. En el caso de MPQ, Michael Rogg puede echar la vista atrás a muchos años de cooperación con la DMG MORI Academy: “Llevamos décadas utilizando la tecnología CNC de DMG MORI. Con las nuevas adquisiciones, podemos estar seguros de que siempre recibimos soluciones de fabricación que cumplen nuestros estrictos requisitos”.