Hoewol ultrasnelle lasers al tsientallen jierren bestean, binne yndustriële tapassingen yn 'e ôfrûne twa desennia hurd groeid. Yn 2019, de merkwearde fan ultrafastlaser materiaalferwurking wie sawat US $ 460 miljoen, mei in gearstalde jierlikse groei fan 13%. Applikaasjegebieten wêr't ultrasnelle lasers mei súkses binne brûkt foar it ferwurkjen fan yndustriële materialen omfetsje fotomaskfabrikaasje en reparaasje yn 'e semiconductor-yndustry, lykas silisium dicing, glêzen snijden / skriuwe en (indium tin okside) ITO-filmferwidering yn konsuminteelektronika lykas mobile tillefoans en tablets , piston texturing foar de auto-yndustry, coronary stent manufacturing en microfluidic apparaat manufacturing foar de medyske yndustry.
01 Produksje en reparaasje fan fotomaskers yn 'e semiconductorsektor
Ultrasnelle lasers waarden brûkt yn ien fan 'e ierste yndustriële tapassingen yn materiaalferwurking. IBM rapporteare de tapassing fan femtosekonde laserablaasje yn 'e produksje fan fotomaskers yn' e jierren '90. Yn ferliking mei nanosecond laser ablation, dat kin produsearje metalen spatter en glêzen skea, femtosecond laser maskers litte gjin metaal spatter, gjin glês skea, ensfh De foardielen. Dizze metoade wurdt brûkt om yntegreare circuits (IC's) te produsearjen. It produsearjen fan in IC-chip kin maksimaal 30 maskers fereaskje en kostje>$100,000. Femtosecond laser ferwurking kin ferwurkje linen en punten ûnder 150nm.
figuer 1. Photomask fabrication en reparaasje
figuer 2. Optimalisaasje resultaten fan ferskillende masker patroanen foar ekstreme ultraviolet litografy
02 Silisium snijden yn 'e semiconductor yndustry
Silicon wafer dicing is in standert manufacturing proses yn de semiconductor yndustry en wurdt typysk útfierd mei help fan meganyske dicing. Dizze snijtsjillen ûntwikkelje faak mikrobarsten en binne dreech te snijen tinne (bgl. dikte < 150 μm) wafels. Lasersnijen fan silisiumwafels is in protte jierren brûkt yn 'e semiconductor-yndustry, benammen foar tinne wafels (100-200μm), en wurdt útfierd yn meardere stappen: laser grooving, folge troch meganyske skieding of stealth cutting (dat wol sizze ynfraread laser beam binnen de silisium scribing) folge troch meganyske tape skieding. De nanosekonde pulslaser kin 15 wafers per oere ferwurkje, en de picosecond laser kin 23 wafers per oere ferwurkje, mei hegere kwaliteit.
03 Glassnijen / skriuwjen yn 'e konsuminteelektronika-yndustry
Touchscreens en beskermjende bril foar mobile tillefoans en laptops wurde tinner en guon geometryske foarmen binne kromme. Dit makket tradisjoneel meganysk snijen dreger. Typyske lasers produsearje typysk minne cut kwaliteit, benammen as dizze glêzen byldskermen wurde steapele 3-4 lagen en de top 700 μm dik beskermjende glês is tempered, dat kin brekke mei lokale stress. Ultrasnelle lasers hawwe bliken dien dat se dizze glêzen kinne snije mei bettere rânesterkte. Foar grutte flat paniel cutting, de femtosecond laser kin wurde rjochte op 'e efterste oerflak fan' e glêzen sheet, krassen de binnenkant fan it glês sûnder skealik de foarkant oerflak. It glês kin dan wurde brutsen mei meganyske of termyske middels lâns it skoare patroan.
figuer 3. Picosecond ultrafast laser glês spesjale-shaped cutting
04 Piston tekstueren yn de auto yndustry
Lichtgewicht automotoren binne makke fan aluminiumlegeringen, dy't net sa wearbestindich binne as getten izer. Stúdzjes hawwe fûn dat femtosecond laser ferwurking fan auto piston tekstueren kin ferminderjen wriuwing mei maksimaal 25% omdat pún en oalje kin effektyf wurde opslein.
figuer 4. Femtosecond laser ferwurking fan automobile motor pistons te ferbetterjen motor prestaasjes
05 Produksje fan koronêre stent yn 'e medyske yndustry
Miljoenen koronêre stents wurde ymplanteare yn 'e koronêre arterijen fan it lichem om in kanaal te iepenjen foar bloed om te streamen yn oars clottede skippen, wat elk jier miljoenen libbens rêdt. Coronary stents wurde typysk makke fan metaal (bgl. roestfrij stiel, nikkel-titanium foarm ûnthâld alloy, of mear resint kobalt-chromium alloy) wire gaas mei in strut breedte fan likernôch 100 μm. Yn ferliking mei lasersnijen mei lange puls binne de foardielen fan it brûken fan ultrasnelle lasers om heakjes te snijen hege snijkwaliteit, bettere oerflakfinish, en minder pún, wat de kosten nei ferwurking ferminderet.
06 Produksje fan mikrofluïdyske apparaten foar de medyske yndustry
Mikrofluïdyske apparaten wurde faak brûkt yn 'e medyske yndustry foar syktetesten en diagnoaze. Dizze wurde typysk produsearre troch mikro-ynjeksjefoarmjen fan yndividuele dielen en dan bonding mei lijm of lassen. Ultrasnelle laserfabryk fan mikrofluïdyske apparaten hat it foardiel fan it produsearjen fan 3D-mikrokanalen binnen transparante materialen lykas glês sûnder de needsaak foar ferbiningen. Ien metoade is ultrasnelle laserfabrykaasje binnen in bulk glês folge troch wiet gemysk etsen, en in oare is femtosecond laser ablaasje binnen glês as plestik yn destillearre wetter om ôffal te ferwiderjen. In oare oanpak is in masine kanalen yn it glêzen oerflak en seal se mei in glêzen cover fia femtosecond laser welding.
Ofbylding 6. Femtosecond laser-induzearre selektyf etsen om mikrofluïdyske kanalen yn glêsmaterialen te meitsjen
07 Mikro boarring fan injector nozzle
Femtosecond laser microhole machining hat ferfongen micro-EDM by in protte bedriuwen yn 'e hege-druk injector merk fanwege gruttere fleksibiliteit yn feroarjen flow gat profilen en koartere ferwurkjen tiden. De mooglikheid om automatysk kontrolearje de fokus posysje en tilt fan 'e beam troch in precessing scan kop hat laat ta it ûntwerp fan diafragmaprofilen (bgl, barrel, flare, konverginsje, divergence) dat kin befoarderje atomization of penetraasje yn 'e ferbaarning keamer. Boartiid hinget ôf fan it ablaasjevolume, mei boardikte fan 0,2 - 0,5 mm en gatdiameter fan 0,12 - 0,25 mm, wêrtroch dizze technyk tsien kear flugger is as mikro-EDM. Microdrilling wurdt útfierd yn trije stadia, ynklusyf roughing en finishing troch-pilot gatten. Argon wurdt brûkt as in helpmiddel gas te beskermjen it boorgat út oksidaasje en te beskermjen it definitive plasma yn de earste fazen.
figuer 7. Femtosecond laser hege-precision ferwurking fan inverted taper gat foar dieselmotor injector
08 Ultrasnelle lasertekstuering
Yn 'e ôfrûne jierren is it mêd fan mikromachining stadichoan in fokus wurden fan ûndersikers om de krektens fan ferwurkjen te ferbetterjen, materiaal skea te ferminderjen en ferwurkingseffisjinsje te ferheegjen. Ultrasnelle laser hat ferskate ferwurkingsfoardielen lykas lege skea en hege presyzje, dy't de fokus wurden is fan it befoarderjen fan de ûntwikkeling fan ferwurkingstechnology. Tagelyk, ultrasnelle lasers kinne hannelje op in ferskaat oan materialen, en laser ferwurkjen materiaal skea is ek in grutte ûndersyk rjochting. Ultrasnelle laser wurdt brûkt om materialen te ablaterjen. As de enerzjytichtens fan 'e laser heger is as de ablaasjedrompel fan it materiaal, sil it oerflak fan it ablearre materiaal in mikro-nano-struktuer sjen litte mei bepaalde skaaimerken. Undersyk docht bliken dat dizze spesjale oerflak Struktuer is in mienskiplik ferskynsel dat optreedt as laser ferwurkjen materialen. De tarieding fan oerflakmikro-nano-struktueren kin de eigenskippen fan it materiaal sels ferbetterje en ek de ûntwikkeling fan nije materialen mooglik meitsje. Dit makket de tarieding fan oerflak mikro-nano struktueren troch ultrasnelle laser in technyske metoade mei wichtige ûntwikkeling betsjutting. Op it stuit, foar metalen materialen, ûndersyk nei ultrasnelle laser oerflak texturing kin ferbetterje metalen oerflak wetting eigenskippen, ferbetterje oerflak wriuwing en wear eigenskippen, ferbetterjen coating adhesion, en rjochting proliferaasje en adhesion fan sellen.
figuer 8. Superhydrophobic eigenskippen fan laser-tariede silisium oerflak
As in cutting-edge ferwurkjen technology, ultrasnelle laser ferwurkjen hat de skaaimerken fan lytse waarmte-oannommen sône, net-lineêre proses fan ynteraksje mei materialen, en hege-resolúsje ferwurkjen bûten de diffraksje limyt. It kin hege kwaliteit en hege presyzje mikro-nano-ferwurking fan ferskate materialen realisearje. en trijediminsjonale mikro-nano struktuer fabrication. It realisearjen fan laserfabryk fan spesjale materialen, komplekse struktueren en spesjale apparaten iepenet nije wegen foar mikro-nano-fabryk. Op it stuit, femtosecond laser is in soad brûkt yn in protte cutting-edge wittenskiplike fjilden: femtosecond laser kin brûkt wurde om tariede ferskate optyske apparaten, lykas microlens arrays, bionyske gearstalde eagen, optyske waveguides en metasurfaces; mei help fan syn hege presyzje, hege resolúsje en Mei trijediminsjonale ferwurkjen mooglikheden, femtosecond laser kin tariede of yntegrearje microfluidic en optofluidic chips lykas microheater komponinten en trijediminsjonale microfluidic kanalen; Dêrneist, femtosecond laser kin ek tariede ferskate soarten oerflak micro-nanostructures te berikken anty-refleksje, anty-refleksje, super-hydrophobic, anty-icing en oare funksjes; net allinnich dat, femtosecond laser is ek tapast op it mêd fan biomedicine, showing treflik prestaasje op fjilden lykas biologyske mikro-stents, sel kultuer substrates en biologyske mikroskopyske imaging. Brede tapassing perspektyf. Op it stuit wreidzje de tapassingsfjilden fan femtosecond laserferwurking jier nei jier út. Neist de hjirboppe neamde mikro-optika, mikrofluidika, multyfunksjonele mikro-nanostruktueren en biomedyske technykapplikaasjes, spilet it ek in grutte rol yn guon opkommende fjilden, lykas metasurface tarieding. , mikro-nano-produksje en multydiminsjonale optyske ynformaasje opslach, ensfh.
Post tiid: Apr-17-2024
