Иако ултрабрзите ласери постојат со децении, индустриските апликации рапидно се зголемија во последните две децении. Во 2019 година, пазарната вредност на ultrafastласерски материјалпреработката беше приближно 460 милиони УСД, со сложена годишна стапка на раст од 13%. Областите на примена каде што ултрабрзите ласери се успешно користени за обработка на индустриски материјали вклучуваат изработка и поправка на фотомаски во индустријата за полупроводници, како и коцки со силикон, сечење/бришење стакло и (индиум калај оксид) отстранување ITO филм во електрониката за широка потрошувачка, како што се мобилни телефони и таблети , клипна текстура за автомобилската индустрија, производство на коронарни стент и производство на микрофлуидни уреди за медицинската индустрија.
01 Производство и поправка на фотомаски во индустријата за полупроводници
Ултрабрзите ласери се користеле во една од најраните индустриски примени во обработката на материјалите. IBM објави примена на фемтосекундна ласерска аблација во производството на фотомаски во 1990-тите. Во споредба со наносекундната ласерска аблација, која може да предизвика метално прскање и оштетување на стаклото, фемтосекундните ласерски маски не покажуваат метално прскање, без оштетување на стаклото, итн. Предностите. Овој метод се користи за производство на интегрирани кола (IC). За производство на IC чип може да бидат потребни до 30 маски и чини >100.000 долари. Фемтосекундната ласерска обработка може да обработува линии и точки под 150 nm.
Слика 1. Изработка и поправка на фотомаска
Слика 2. Резултати од оптимизација на различни модели на маски за екстремна ултравиолетова литографија
02 Силиконско сечење во полупроводничката индустрија
Силиконската обланда е стандарден производствен процес во индустријата за полупроводници и вообичаено се изведува со механичко сечење коцки. Овие тркала за сечење често развиваат микропукнатини и тешко се сечат тенки (на пр. дебелина < 150 μm) наполитанки. Ласерското сечење на силиконските наполитанки се користи во индустријата за полупроводници многу години, особено за тенки наполитанки (100-200μm), и се изведува во повеќе чекори: ласерско жлебување, проследено со механичко одвојување или невидливо сечење (т.е. инфрацрвен ласерски зрак внатре силициумското гребење) проследено со механичко одвојување на лента. Наносекундниот импулсен ласер може да обработи 15 обланди на час, а пикосекундниот ласер може да обработи 23 обланди на час, со повисок квалитет.
03 Сечење/гребење стакло во индустријата за потрошна електроника
Екраните на допир и заштитните очила за мобилни телефони и лаптопи стануваат се потенки, а некои геометриски форми се закривени. Ова го отежнува традиционалното механичко сечење. Типичните ласери обично произведуваат слаб квалитет на сечење, особено кога овие стаклени дисплеи се наредени во 3-4 слоја, а заштитното стакло со дебелина од 700 μm е калено, што може да се скрши со локализиран стрес. Се покажа дека ултрабрзите ласери можат да ги исечат овие очила со подобра јачина на рабовите. За сечење со големи рамен панел, фемтосекундниот ласер може да се фокусира на задната површина на стаклениот лист, гребејќи ја внатрешноста на стаклото без да ја оштети предната површина. Стаклото потоа може да се скрши со помош на механички или термички средства долж означената шема.
Слика 3. Пикосекунда ултрабрзо ласерско стакло во специјална форма
04 Клипни текстури во автомобилската индустрија
Лесните автомобилски мотори се направени од алуминиумски легури, кои не се толку отпорни на абење како леано железо. Студиите открија дека фемтосекундната ласерска обработка на текстурите на автомобилскиот клип може да го намали триењето до 25%, бидејќи остатоците и маслото можат ефективно да се складираат.
Слика 4. Фемтосекунда ласерска обработка на клипови на автомобилски мотори за подобрување на перформансите на моторот
05 Производство на коронарни стент во медицинската индустрија
Милиони коронарни стентови се вградени во коронарните артерии на телото за да се отвори канал за проток на крв во инаку згрутчените садови, спасувајќи милиони животи секоја година. Коронарните стентови обично се направени од метална (на пр., нерѓосувачки челик, мемориска легура во форма на никел-титаниум или од неодамна легура на кобалт-хром) жица со ширина на потпора од приближно 100 μm. Во споредба со долго-пулсното ласерско сечење, предностите од користењето на ултрабрзи ласери за сечење држачи се високиот квалитет на сечењето, подобра завршница на површината и помалку остатоци, што ги намалува трошоците по обработката.
06 Производство на микрофлуидни уреди за медицинската индустрија
Микрофлуидните уреди најчесто се користат во медицинската индустрија за тестирање и дијагностицирање на болести. Тие обично се произведуваат со микро-вбризгување на поединечни делови, а потоа врзување со помош на лепење или заварување. Ултрабрзата ласерска изработка на микрофлуидни уреди ја има предноста во производството на 3D микроканали во проѕирни материјали како стакло без потреба од поврзување. Еден метод е ултрабрза ласерска изработка во рефус стакло проследена со влажно хемиско гравирање, а друга е фемтосекунда ласерска аблација во стакло или пластика во дестилирана вода за да се отстранат остатоците. Друг пристап е да се обработат каналите во стаклената површина и да се запечатат со стаклен капак преку фемтосекундно ласерско заварување.
Слика 6. Селективно офортување индуцирано од фемтосекунда со ласер за подготовка на микрофлуидни канали во стаклени материјали
07 Микро дупчење на млазницата за инјектор
Обработката со фемтосекунда со ласерски микродупки го замени микро-EDM кај многу компании на пазарот на инјектори под висок притисок поради поголема флексибилност во менувањето на профилите на отворите за проток и пократкото време на обработка. Способноста за автоматско контролирање на позицијата на фокусот и навалувањето на зракот преку прецесирана скенирана глава доведе до дизајнирање на профили на отворот (на пр., барел, одблесокот, конвергенција, дивергенција) кои можат да промовираат атомизација или пенетрација во комората за согорување. Времето на дупчење зависи од волуменот на аблација, со дебелина на дупчењето од 0,2 – 0,5 mm и дијаметар на дупка од 0,12 – 0,25 mm, што ја прави оваа техника десет пати побрза од микро-EDM. Микродупчењето се изведува во три фази, вклучително и грубост и завршна обработка на пропустливи дупки. Аргонот се користи како помошен гас за заштита на дупнатината од оксидација и за заштита на финалната плазма во почетните фази.
Слика 7. Фемтосекунда ласерска обработка со висока прецизност на превртена конусна дупка за инјектор на дизел мотор
08 Ултра брзо ласерско текстурирање
Во последниве години, со цел да се подобри точноста на обработката, да се намали материјалната штета и да се зголеми ефикасноста на обработката, полето на микромашина постепено стана фокус на истражувачите. Ултрабрзиот ласер има различни предности во обработката, како што се мали оштетувања и висока прецизност, што стана фокус на промовирање на развојот на технологијата за обработка. Во исто време, ултрабрзите ласери можат да дејствуваат на различни материјали, а оштетувањето на материјалот од ласерската обработка е исто така главна насока за истражување. Ултрабрзиот ласер се користи за аблација на материјали. Кога енергетската густина на ласерот е поголема од прагот на аблација на материјалот, површината на аблираниот материјал ќе покаже микро-нано структура со одредени карактеристики. Истражувањата покажуваат дека оваа посебна структура на површината е вообичаен феномен што се јавува при ласерска обработка на материјали. Подготовката на површинските микронано структури може да ги подобри својствата на самиот материјал и исто така да овозможи развој на нови материјали. Ова ја прави подготовката на површинските микронано структури со ултрабрз ласер технички метод со важно развојно значење. Во моментов, за метални материјали, истражувањето за ултрабрзата ласерска текстура на површината може да ги подобри својствата на навлажнување на металната површина, да ги подобри својствата на триење и абење на површината, да ја подобри адхезијата на облогата и насоченото размножување и адхезија на клетките.
Слика 8. Суперхидрофобни својства на површината на силиконот подготвена со ласер
Како врвна технологија за обработка, ултрабрзата ласерска обработка има карактеристики на мала зона погодена од топлина, нелинеарен процес на интеракција со материјали и обработка со висока резолуција над границата на дифракција. Може да реализира висококвалитетна и прецизна микронано обработка на различни материјали. и изработка на тридимензионални микро-нано структура. Постигнувањето ласерско производство на специјални материјали, сложени структури и специјални уреди отвора нови патишта за производство на микронано. Во моментов, фемтосекундниот ласер е широко користен во многу најсовремени научни области: фемтосекундниот ласер може да се користи за подготовка на различни оптички уреди, како што се низи од микролеќи, бионички соединени очи, оптички бранови водичи и метаповршини; користејќи ја својата висока прецизност, висока резолуција и со способности за тридимензионална обработка, фемтосекундниот ласер може да подготви или интегрира микрофлуидни и оптофлуидни чипови како што се компонентите на микрогрејачот и тридимензионалните микрофлуидни канали; Покрај тоа, фемтосекундниот ласер, исто така, може да подготви различни типови на површински микро-наноструктури за да постигне анти-рефлексија, анти-рефлексија, суперхидрофобна, против мраз и други функции; не само тоа, фемтосекундниот ласер е применет и во полето на биомедицината, покажувајќи извонредни перформанси во области како што се биолошки микро-стентови, супстрати за клеточна култура и биолошко микроскопско снимање. Широки изгледи за апликација. Во моментов, полињата за примена на фемтосекундната ласерска обработка се прошируваат од година во година. Покрај горенаведените микро-оптика, микрофлуидика, мултифункционални микро-наноструктури и биомедицински инженерски апликации, тој исто така игра огромна улога во некои области кои се појавуваат, како што е подготовката на метаповршина. , производство на микронано и повеќедимензионално оптичко складирање на информации итн.
Време на објавување: април-17-2024 година
