Edhe pse lazerët ultra të shpejtë kanë ekzistuar për dekada, aplikimet industriale janë rritur me shpejtësi në dy dekadat e fundit. Në vitin 2019, vlera e tregut e ultrafastmaterial lazerpërpunimi ishte afërsisht 460 milionë dollarë amerikanë, me një normë rritjeje vjetore të përbërë prej 13%. Fushat e aplikimit ku lazerët ultra të shpejtë janë përdorur me sukses për përpunimin e materialeve industriale përfshijnë fabrikimin dhe riparimin e maskave të fotove në industrinë e gjysmëpërçuesve, si dhe prerjen e silikonit, prerjen/shkruajtjen e qelqit dhe (oksid kallaji indium) heqjen e filmit ITO në elektronikën e konsumit si telefonat celularë dhe tabletët. , teksturimi i pistonit për industrinë e automobilave, prodhimi i stenteve koronare dhe prodhimi i pajisjeve mikrofluidike për industrinë mjekësore.
01 Prodhimi dhe riparimi i maskave të fotove në industrinë e gjysmëpërçuesve
Lazerët ultra të shpejtë u përdorën në një nga aplikimet më të hershme industriale në përpunimin e materialeve. IBM raportoi aplikimin e ablacionit me lazer femtosecond në prodhimin e maskave të fotove në vitet 1990. Krahasuar me ablacionin me lazer nanosekondi, i cili mund të prodhojë spërkatje metalike dhe dëmtim të qelqit, maskat me laser femtosekondë nuk tregojnë spërkatje metalike, asnjë dëmtim xhami, etj. Përparësitë. Kjo metodë përdoret për prodhimin e qarqeve të integruara (IC). Prodhimi i një çipi IC mund të kërkojë deri në 30 maska dhe kushton > 100,000 dollarë. Përpunimi me lazer femtosecond mund të përpunojë linja dhe pika nën 150 nm.
Figura 1. Fabrikimi dhe riparimi i fotomaskës
Figura 2. Rezultatet e optimizimit të modeleve të ndryshme të maskave për litografi ekstreme ultraviolet
02 Prerja e silikonit në industrinë e gjysmëpërçuesve
Prerja e vaferës së silikonit është një proces standard prodhimi në industrinë e gjysmëpërçuesve dhe zakonisht kryhet duke përdorur prerje mekanike. Këto rrota prerëse shpesh zhvillojnë mikroçarje dhe janë të vështira për t'u prerë vafera të holla (p.sh. trashësi < 150 μm). Prerja me laser e vaferave të silikonit është përdorur në industrinë e gjysmëpërçuesve për shumë vite, veçanërisht për vaferat e holla (100-200μm) dhe kryhet në hapa të shumtë: brazda me lazer, e ndjekur nga ndarja mekanike ose prerja e fshehtë (dmth rreze lazer infra të kuqe brenda gërvishtja e silikonit) e ndjekur nga ndarja mekanike e shiritit. Lazeri me puls nanosekondi mund të përpunojë 15 vafera në orë, dhe lazeri pikosekonda mund të përpunojë 23 vaferë në orë, me cilësi më të lartë.
03 Prerja/shkruajtja e xhamit në industrinë e elektronikës konsumuese
Ekranet me prekje dhe syzet mbrojtëse për celularët dhe laptopët po bëhen më të hollë dhe disa forma gjeometrike janë të lakuara. Kjo e bën më të vështirë prerjen mekanike tradicionale. Lazerët tipikë zakonisht prodhojnë cilësi të dobët të prerjes, veçanërisht kur këto ekrane xhami vendosen në 3-4 shtresa dhe qelqi mbrojtës i trashë 700 μm është i kalitur, gjë që mund të thyhet me stres të lokalizuar. Lazerët ultra të shpejtë janë treguar të jenë në gjendje t'i presin këto syze me forcë më të mirë të skajit. Për prerje të mëdha panelesh të sheshta, lazeri femtosekond mund të fokusohet në sipërfaqen e pasme të fletës së xhamit, duke gërvishtur pjesën e brendshme të xhamit pa dëmtuar sipërfaqen e përparme. Më pas xhami mund të thyhet duke përdorur mjete mekanike ose termike përgjatë modelit të shënuar.
Figura 3. Prerje e xhamit lazer ultra të shpejtë Picosecond në formë të veçantë
04 Teksturat e pistonit në industrinë e automobilave
Motorët e lehtë të makinave janë bërë nga lidhje alumini, të cilat nuk janë aq rezistente ndaj konsumit sa gize. Studimet kanë zbuluar se përpunimi me lazer femtosecond i teksturave të pistonit të makinës mund të zvogëlojë fërkimin deri në 25% sepse mbeturinat dhe vaji mund të ruhen në mënyrë efektive.
Figura 4. Përpunimi me lazer femtosekond i pistonëve të motorit të automobilave për të përmirësuar performancën e motorit
05 Prodhimi i stentit koronar në industrinë mjekësore
Miliona stenta koronare futen në arteriet koronare të trupit për të hapur një kanal që gjaku të rrjedhë në enët e mpiksura ndryshe, duke shpëtuar miliona jetë çdo vit. Stentet koronare zakonisht bëhen prej metali (p.sh., çelik inox, aliazh memorie në formë nikel-titan, ose së fundmi aliazh kobalt-krom) rrjetë teli me një gjerësi mbështetëse prej afërsisht 100 μm. Krahasuar me prerjen me lazer me puls të gjatë, avantazhet e përdorimit të lazerëve ultra të shpejtë për prerjen e kllapave janë cilësia e lartë e prerjes, përfundimi më i mirë i sipërfaqes dhe më pak mbeturina, gjë që redukton kostot e pas përpunimit.
06 Prodhimi i pajisjeve mikrofluidike për industrinë mjekësore
Pajisjet mikrofluidike përdoren zakonisht në industrinë mjekësore për testimin dhe diagnostikimin e sëmundjeve. Këto zakonisht prodhohen nga derdhja me mikro-injektim të pjesëve individuale dhe më pas bashkimi duke përdorur ngjitje ose saldim. Fabrikimi me lazer ultra i shpejtë i pajisjeve mikrofluidike ka avantazhin e prodhimit të mikrokanaleve 3D brenda materialeve transparente si qelqi, pa pasur nevojë për lidhje. Një metodë është fabrikimi me lazer ultra i shpejtë brenda një gote me shumicë, i ndjekur nga gdhendje kimike e lagësht, dhe një tjetër është heqja me lazer femtosecond brenda xhamit ose plastikës në ujë të distiluar për të hequr mbeturinat. Një qasje tjetër është të përpunoni kanalet në sipërfaqen e qelqit dhe t'i mbyllni ato me një mbulesë xhami përmes saldimit me lazer femtosecond.
Figura 6. Gravurë selektive e induktuar nga lazeri femtosecond për të përgatitur kanale mikrofluidike brenda materialeve të qelqit
07 Mikroshpimi i grykës së injektorit
Përpunimi me mikrovrima me lazer femtosecond ka zëvendësuar mikro-EDM në shumë kompani në tregun e injektuesve me presion të lartë për shkak të fleksibilitetit më të madh në ndryshimin e profileve të vrimave të rrjedhjes dhe kohëve më të shkurtra të përpunimit. Aftësia për të kontrolluar automatikisht pozicionin e fokusit dhe animin e rrezes përmes një koke skanimi paraprirës ka çuar në hartimin e profileve të hapjes (p.sh., fuçi, ndezje, konvergjenca, divergjenca) që mund të nxisin atomizimin ose depërtimin në dhomën e djegies. Koha e shpimit varet nga vëllimi i ablacionit, me trashësi shpimi 0,2 – 0,5 mm dhe diametër vrimash 0,12 – 0,25 mm, duke e bërë këtë teknikë dhjetë herë më të shpejtë se mikro-EDM. Mikroshpimi kryhet në tre faza, duke përfshirë përafërtimin dhe përfundimin e vrimave përmes pilotit. Argoni përdoret si një gaz ndihmës për të mbrojtur gropën nga oksidimi dhe për të mbrojtur plazmën përfundimtare gjatë fazave fillestare.
Figura 7. Përpunimi me precizion të lartë me lazer femtosecond të vrimës së konit të përmbysur për injektorin e motorit me naftë
08 Teksturim ultra i shpejtë me lazer
Vitet e fundit, për të përmirësuar saktësinë e përpunimit, për të zvogëluar dëmtimin material dhe për të rritur efikasitetin e përpunimit, fusha e mikropërpunimit është bërë gradualisht një fokus i studiuesve. Lazeri ultra i shpejtë ka avantazhe të ndryshme të përpunimit si dëmtime të ulëta dhe saktësi të lartë, gjë që është bërë fokusi i promovimit të zhvillimit të teknologjisë së përpunimit. Në të njëjtën kohë, lazerët ultra të shpejtë mund të veprojnë në një sërë materialesh, dhe dëmtimi i materialit të përpunimit me lazer është gjithashtu një drejtim i madh kërkimor. Lazeri ultra i shpejtë përdoret për heqjen e materialeve. Kur dendësia e energjisë e lazerit është më e lartë se pragu i heqjes së materialit, sipërfaqja e materialit të ablatuar do të tregojë një strukturë mikro-nano me karakteristika të caktuara. Hulumtimet tregojnë se kjo strukturë e veçantë sipërfaqësore është një fenomen i zakonshëm që ndodh gjatë përpunimit të materialeve me lazer. Përgatitja e strukturave mikro-nano sipërfaqësore mund të përmirësojë vetitë e vetë materialit dhe gjithashtu të mundësojë zhvillimin e materialeve të reja. Kjo e bën përgatitjen e strukturave mikro-nano sipërfaqësore me lazer ultrafast një metodë teknike me rëndësi të rëndësishme zhvillimi. Aktualisht, për materialet metalike, kërkimi mbi teksturimin e sipërfaqes me lazer ultra të shpejtë mund të përmirësojë vetitë e njomjes së sipërfaqes së metalit, të përmirësojë vetitë e fërkimit dhe konsumimit të sipërfaqes, të përmirësojë ngjitjen e veshjes dhe përhapjen dhe ngjitjen e drejtimit të qelizave.
Figura 8. Vetitë superhidrofobike të sipërfaqes së silikonit të përgatitur me lazer
Si një teknologji e përparuar e përpunimit, përpunimi me lazer ultra i shpejtë ka karakteristikat e zonës së vogël të prekur nga nxehtësia, procesit jolinear të ndërveprimit me materialet dhe përpunimit me rezolucion të lartë përtej kufirit të difraksionit. Mund të realizojë mikronano përpunim cilësor dhe me precizion të lartë të materialeve të ndryshme. dhe fabrikimin e strukturave mikro-nano tre-dimensionale. Arritja e prodhimit me lazer të materialeve speciale, strukturave komplekse dhe pajisjeve speciale hap rrugë të reja për prodhimin mikro-nano. Aktualisht, lazeri femtosekond është përdorur gjerësisht në shumë fusha shkencore të fundit: lazeri femtosekondi mund të përdoret për të përgatitur pajisje të ndryshme optike, të tilla si grupe mikrolente, sy të përbërë bionik, përcjellës valësh optikë dhe metasipërfaqe; duke përdorur saktësinë e tij të lartë, rezolucion të lartë dhe Me aftësi përpunuese tredimensionale, lazeri femtosecond mund të përgatisë ose integrojë çipa mikrofluidike dhe optofluidike, si komponentët e mikrongrohësit dhe kanalet mikrofluidike tredimensionale; Përveç kësaj, lazeri femtosecond mund të përgatisë gjithashtu lloje të ndryshme të mikro-nanostrukturave sipërfaqësore për të arritur funksione anti-reflektuese, anti-reflektuese, super-hidrofobike, kundër akullit dhe të tjera; jo vetëm kaq, lazeri femtosecond është aplikuar edhe në fushën e biomjekësisë, duke treguar performancë të jashtëzakonshme në fusha të tilla si mikro-stentet biologjike, substrate të kulturës qelizore dhe imazhe mikroskopike biologjike. Perspektiva të gjera aplikimi. Aktualisht, fushat e aplikimit të përpunimit me lazer femtosecond po zgjerohen vit pas viti. Përveç mikro-optikës, mikrofluidikës, mikro-nanostrukturave shumëfunksionale dhe aplikimeve të inxhinierisë biomjekësore të lartpërmendura, ai gjithashtu luan një rol të madh në disa fusha në zhvillim, si përgatitja e metasipërfaqes. , prodhimi mikro-nano dhe ruajtja e informacionit optik shumëdimensional, etj.
Koha e postimit: Prill-17-2024
