VDL ETG Ultra Precision Technologies Manufacturing of ultra high precision mechanical and optical components

VDL Enabling Technologies Group

VDL

ETG

Ultra

Precision Technologies

Manufacturing

of

ultra

high

precision

mechanical

and

optical

components

Contents

9

Company

introduction

ƒ VDL

ƒ VDL Enabling Technologies Group

• Core Technology Competences

• Core Technology Markets

9

ETG

Ultra

Precision

Technologies

ƒ Competences

ƒ Markets

ƒ Best practices

VDL Groep

Bus group Bus group

9touring cars

9public transport bus 9mini and midi busses 9Chassis modules 9second hand trade

Finished products Finished products 9medical equipment 9process installations 9consumer products 9production automation 9various products 9packaging equipment Sub contracting Sub contracting 9mechatronic systems 9module assembly 9part and sheet metal 9Surface treatments 9plastic processing 9other specialties Car assembly Car assembly 9NedCar

VDL Enabling Technologies Group

1900 Philips Machine Fabrieken

1980 Also Non‐Philips Customers

SYSTEMS

2000 New Name 

>

Philips Enabling Technologies Group

VDL Enabling Technologies Group EINDHOVEN ALMELO SINGAPORE SUZHOU Eindhoven Projects Research Turn‐key & built‐to‐print 

mechanization Low‐medium volume

Proto type manufacturing & 

assembly  Low volume

Series manufacturing & assembly        

VDL ETG Core Technology Competences Machining

9 Modern turning and milling centers 9 Multi‐axis complex geometry machining 9 Joining technologies

9 Advanced materials technology 9 Vacuum technology

9 Ultra precision technology

Sheet metal

9 Modern sheet metal centers 9 Complex frame production

9 Vacuum and specific welding methods 9 Production of covering including painting 9 Advanced materials technology

System integration and assembly 9 Clean room and non clean room assembly 9 Assembly of modules and complete systems 9 Final test of complete systems and modules 9 Process control and validation

Engineering

9 (Co‐) Development and engineering 9 Project management (Six Sigma, Prince 2) 9 Design and product optimization (DFX) 9 Sustaining of product documentation

9 Access to Philips resources and Technical Campus 9 Long‐standing relationships with knowledge institutes

Supply‐chain management 9 Supply chain control and optimization 9 Flexibility

9 Lead‐time road‐mapping and lead time reduction 9 Break‐even point reduction

Property right

9 Intellectual property right protection 9 Production under license

VDL ETG Core Technology Markets

Science & Technology  

9Is a technology driver for our main stream business

9Benefits from our expertise in manufacturing and assembly for series manufacturing 9Focus of employing core technologies to :

•Free Electron lasers and CLIC 

•Optical modules for instruments.

Semiconductor Capital  Equipment Analytical Equipment Medical Equipment Turn Key Projects Led Manufacturing  Equipment Solar Production  Equipment

VDL ETG Research

9 Core technology products

ƒ Parts for electron microscopes

ƒ Actuators

9 1st _{line hardware support for R&D}

ƒ Manufacturing of prototypes

ƒ Mechatronic system integration

9 Precision parts manufacturing

ƒ Laser welding / cutting

ƒ Wire / sink erosion

ƒ Sub micron machining

ƒ Metrology

Located at Eindhoven High Tech Campus

ƒ Epicenter at HTC 7

ƒ Large machining with other ETG companies

ƒ Additional satellite workshops in HTC‐7 + in 

2 other buildings with direct connection to 

VDL ETG Ultra Precision Competences ‐ Manufacturing

Ultra High Precision parts

9

Single

Point

Diamond

Turning

• Form accuracies  < 0.1 µm • Surface finish better than 5 nm Ra • 2/3 axis and freeform capabilities

9

Milling

Own build equipment featuring :

9 Oil bearing guide systems

9 Rotating axes with air bearings

9 Dedicated machine control

9 Precision tool turret Esdo (*) Comatic (*) Promilla (**) Profil 2000 Micromatic Norton  PHM 1000

Turning Fly‐cutting

(*) Equipped with precision tool turret

(**) Equipped with LRTS

Optomatic

VDL ETG Ultra Precision Competences – Manufacturing equipment

LT Ultra  MMC 900 LT Ultra  MMC 1000

VDL ETG Ultra Precision Competences ‐ Metrology Metrology

9 3D‐ metrology

ƒ 3D CMM 80.8 µm accuracy 8 low measuring force

ƒ Multi sensor CMM  8 camera / touch probe / laser

9 Profilometry

ƒ Surface finish measurements

ƒ Form measurements (2D and 3D)

9 Optical measurement techniques

ƒ Surface finish and step heights

Form TalySurf inductive Form TalySurf laser Talyround CyCoS(*) LMI (**) Zeiss UPMC  850 Carat Zeiss Contura Profilometry 3D metrology

(*) Own build polar profilometer (**) Own build small profilometer (***) Own build large profilometer

NanoProf((***)

VDL ETG Ultra Precision Competences – Metrology equipment

Zygo GPI Zygo Newview 5030 Optical techniques Mycrona Magnus (*) Mycrona Signum(*) Fisba interferometer (*) Multi sensor CMM

VDL ETG Ultra Precision Competences : Evolution of the micron‐precision market The market for micron precision parts has evolved over the last decades. 1980’s Optical  recording 2000’s Imaging Optics 1970’s Mirror  optics 1990’s Injection molding of  contact lenses 2010’s Freeform optics LED illumination Optical recording as driving force to achieve higher accuracies Form accuracy: 150 nm >50 nm Roughness Ra : 5 nm >2 nm Other components as drivers for efficiency (costs) 

VDL ETG Ultra Precision Competences : Evolution of equipment

Up to the 1980’s 1980’s ‐1990’s 2000’s ‐2010’s

•Larger machines

•Multiple axis ( X/Y/Z and C)

Future ? •Intelligent machines ? •Robotisation ? •Pallet machining? •Robotisation ? First machines at  research institutes and  universities Start of industrialization •Optical recording •contact lenses

Single point diamond turning

Up to the 1990’s 1990’s ‐2000’s 2010’s Future ?

Ultra precision diamond milling (lagging more than a decade behind on turning)

Limited to fly cutting

•mirror optics

•Laser scanner mirrors

First proto type machines

•Micro fluidics

•Accelerator parts Milling as add‐on on lathes

•Lens arrays

VDL ETG Ultra Precision Competences  ‐ Markets – Optical components 16

9

Mirror

optics

9

Lenses

ƒ Moulds & plastic prototypes ƒ Optical recording

ƒ Imaging optics ƒ Lens arrays

9

Illumination

optics

ƒ Moulds & plastic prototypes ƒ Turning & milling

VDL

ETG

Ultra

Precision

Competences

  ‐

Markets

 ‐

Freeform

optics

17

9

Turning

:

Long

Range

Tool

Servo

ƒ Stroke of 2.7 mm ƒ _{Resolution of 1 nm}

ƒ Special developed CNC‐software

9

Turning

:

slow

tool

servo

ƒ Diameters up to 500 mm ƒ Sag up to 150 mm

ƒ Resolution of 10 nm

ƒ Using DIFFSYS for program generation

9

Milling:

ƒ Using diamond mills

ƒ Spindle RPM up to 60000 ƒ Surface finish below 10 nm

VDL

ETG

Ultra

Precision

Competences

  ‐

Markets

–

Mechanical

components

9

Air

bearings

9

Wafer

chucks

9

Guide

ways

9

Electron

microscopes

VDL ETG Ultra Precision Competences  ‐ Markets – Science & Technology 9 Space ƒ Optical instruments ƒ Housings 9 Astronomy ƒ Optical instruments ƒ Manipulators 9 Accelerators

ƒ _{Prototype structures for CLIC} ƒ Parts for Free Electron Lasers

Best Practice : Breadboard for TMA nano satellite Miniaturised satellites (CubeSats) as a cost effective platform Telescope with complex aspherical mirrors VDL’s responsibility : 9 Mechanical design 9 Manufacturing  9 Mechanical qualification

9 Assembly Results _M1 Specified_{M2 M3 M1} Achieved_{M2 M3}

Form RMS [nm] 25 15 25 18 6 17 PV [nm] 125 65 125 95 36 84 Surface finish [nm] 5  5 5 3.1 3 4.7 Offset X  [µm] 21  22  20  0.7  0.1  0.1  Y  [µm] 31  22  16  1.0  2.3  2.3  Z  [µm] 34  16  27  0.8  1.1  1.1  Tilt X  [°] 0.028  0.200  0.025  0.004  0.006  0.004  Y  [°] 0.016  0.300  0.020  0.009  0.016  0.011  Z  [°] 0.068  0.500  0.090  0.001  0.022  0.001 

9 Mid‐IR spectro‐interferometer combining the light of up to the  four VLT telescopes (Atacama – Chili) 9 Beam shaper box (3 types) as high accurate 5 axis milled part  9 ø 100 mm freeform mirrors ƒ Form accuracy < 100 nm ƒ Surface finish < 10 nm

ƒ 5 sets of 2 mirrors manufactured

Best Practice : X‐band structures for CLIC

9 Manufacturing strategies

9 Part handling and cleaning

9 Part qualification

9 Next step : sub‐module assembly

Results Specified Achieved

Form  5 µm 2 µm

Ra Iris 25 nm 5 nm

Best Practice : Pulse Compressor 9 Manufactured in OFE‐Cu ø 500 mm & stainless steel 316 LN 9 Product optimalization for brazing 9 Manufacturing engineering 9 Leak testing < 2 x 10‐10_{, tuning support} 9 Inner surface roughness < 25 nm

9 320 MW Pulsed power tested @ PSI

9 Reference structure manufactured

9 Series of 108 cups

9 X‐band accuracy for C‐band structure

Ö No tuning needed

24

Plans

for

the

future

 ‐

Strengthening

our

capabilities

9

Parts

manufacturing

ƒ Industrializing machining process

ƒ Integrating quality control

Plans

for

the

future

 ‐

Strengthening

our

capabilities

9

Parts

manufacturing

ƒ Industrializing machining process

ƒ Integrating quality control

9

Assembly

&

test

Plans

for

the

future

 ‐

Strengthening

our

capabilities

9

Parts

manufacturing

ƒ Industrializing machining process

ƒ Integrating quality control

9

Assembly

&

test

ƒ Strengthening our capabilities on 

• Brazing

• E‐beam welding

• Etching 

• Out baking

Plans

for

the

future

 ‐

Strengthening

our

capabilities

9

Parts

manufacturing

ƒ Industrializing machining process

ƒ Integrating quality control

9

Assembly

&

test

ƒ Strengthening our capabilities on 

• Brazing • E‐beam welding • Etching  • Out baking ƒ Building up experience on  • H₂ bonding • RF testing

Capability

reinforcement

needs

to

be

done

with

(international)

partners

in

academia

and

industry.

Plans

for

the

future

 ‐

Targeting

new

markets

for

X

‐

band

9

Using

X

‐

band

normal

conducting

accelerators

opens

new

perspective

on

market

drivers

ƒ Increased field strengths / gradients

ƒ Ability to scale down

ƒ Cost of ownership

• Reliability (using C&S‐band frequencies and parts with X‐band specifications)

• Life Time (using C&S band frequencies and parts with X‐band specifications)

• Infrastructure (less energy & no cryogenic infrastructure required)

9

Plan

to

address

the

potential

markets

ƒ Intensifying the relationship with our technology partners and capitalizing 

our common knowledge and (future) experiences in X‐band

ƒ Identifying  accelerator applications

ƒ Building up expertise teams on commercial applications for X‐band

Confidential

Accelerators

Free  electron laser 

(growing market) Materials and  biological research (growing market) Light source  lithography (ideas) Defense (USA) (ideas) Fundamental  research (niche market) Inverse Compton  scattering (ideas) “Water window”  imaging (ideas) EUV metrology  (ideas) Proton Tumor treatment (small but growing  market) Materials Research  (small market) Proton beam  lithography (ideas) Fundamental  research  (niche market) Other elements Tumor treatment (proof‐of‐concept) Material treatment (growing market) Fundamental  research (niche market)

Example

of

an

expertise

team

Confidential

Proton acceleration – cancer treatment

9 Existing Market Yes

9 Market Size >500M

9 Key Players ADAM, Varian, IBA, Mevion, Maastro, ..

9 Drivers Cost of ownership, Flexibility

9 Technology Partners CERN, TERA

9 Supply Chain Partners ‐

Classical

Rontgen

32

Classical

Rontgen

9 Beam with low intensity

ÖAbsorption in body

V

~ 30 cm

33

9 Beam with high intensity

Ö Dose decreases with distance

• Highest dose at skin Æ collateral damage

• Tumor does not receive the maximal dose

~ 5 m

9Beam with lower intensity

Ö Multiple directions (limited) 

• Less collateral damage

• Tumor recieves maximum dose

• Relativly slow

9 Dose very local

9 Penetration depth determined by beam energy

9 Tumor receives the maximum dose

9 Fast Ö no artifacts of movement of patient

9 Possible to scan larger tumors with varying dose

9 Scientific world has benefits from our industrialization competences ƒ Time to market

• Co‐development & rapid proto typing

• Increased complexity requires higher level outsourcing

ƒ Industrialization

• Early customer involvement ‐cost control & risk reduction

• Co / Redesign for manufacturability

9 Industry benefits from the demands in science

9 Current scientific projects can result in challenging spin‐offs in (near) future

Conclusion

CLIC (future): from cell over bonding to (ultimately) 

complete module EUV source: from idea to product in 1 year

Enabling your success in business...

Mathieu Breukers: UPT machining & Metrology

mathieu.breukers@vdletg.com

+31 620421406

VDL ETG Research High Tech Campus 07 

5656 AE Eindhoven The Netherlands