Иако ултрабрзи ласери постоје деценијама, индустријске примене су брзо расле у последње две деценије. У 2019. тржишна вредност ултрабрзогласерски материјалпрерада је износила приближно 460 милиона УСД, са комбинованом годишњом стопом раста од 13%. Области примене у којима су ултрабрзи ласери успешно коришћени за обраду индустријских материјала обухватају производњу и поправку фотомаски у индустрији полупроводника, као и коцкање силикона, сечење стакла/резање и (индијум калај оксид) уклањање ИТО филма у потрошачкој електроници као што су мобилни телефони и таблети. , текстурирање клипа за аутомобилску индустрију, производњу коронарних стентова и производњу микрофлуидних уређаја за медицинску индустрију.
01 Производња и поправка фотомаски у индустрији полупроводника
Ултрабрзи ласери су коришћени у једној од најранијих индустријских примена у обради материјала. ИБМ је пријавио примену фемтосекундне ласерске аблације у производњи фотомаски 1990-их. У поређењу са наносекундном ласерском аблацијом, која може да произведе прскање метала и оштећење стакла, фемтосекундне ласерске маске не показују прскање метала, без оштећења стакла итд. Предности. Овај метод се користи за производњу интегрисаних кола (ИЦ). За производњу ИЦ чипа може бити потребно до 30 маски и коштати >100.000 долара. Фемтосекундна ласерска обрада може да обрађује линије и тачке испод 150нм.
Слика 1. Израда и поправка фотомаске
Слика 2. Резултати оптимизације различитих узорака маски за екстремну ултраљубичасту литографију
02 Резање силицијума у индустрији полупроводника
Резање силицијумских плочица је стандардни производни процес у индустрији полупроводника и обично се изводи коришћењем механичких коцкица. Ови точкови за сечење често имају микропукотине и тешко се режу танке (нпр. дебљине < 150 μм) плочице. Ласерско сечење силицијумских плочица се користи у индустрији полупроводника већ дуги низ година, посебно за танке плочице (100-200μм), и изводи се у више корака: ласерско жлебовање, праћено механичким одвајањем или скривеним сечењем (тј. инфрацрвени ласерски зрак изнутра). силицијумско сцрибинг) праћено механичким одвајањем траке. Наносекундни пулсни ласер може да обради 15 вафла на сат, а пикосекундни ласер може да обради 23 вафла на сат, уз већи квалитет.
03 Резање/писање стакла у индустрији потрошне електронике
Екрани осетљиви на додир и заштитне наочаре за мобилне телефоне и лаптопове постају све тањи, а неки геометријски облици су закривљени. Ово отежава традиционално механичко сечење. Типични ласери обично производе лош квалитет резања, посебно када су ови стаклени дисплеји наслагани у 3-4 слоја, а заштитно стакло дебљине 700 μм на врху је каљено, које се може сломити са локализованим стресом. Показало се да ултрабрзи ласери могу да исеку ове наочаре са бољом снагом ивица. За сечење великих равних плоча, фемтосекундни ласер се може фокусирати на задњу површину стаклене плоче, гребајући унутрашњост стакла без оштећења предње површине. Стакло се затим може разбити механичким или термичким средствима дуж нарезаног узорка.
Слика 3. Пикосекундно ултрабрзо ласерско сечење стакла специјалног облика
04 Текстуре клипа у аутомобилској индустрији
Лагани аутомобилски мотори су направљени од легура алуминијума, које нису отпорне на хабање као ливено гвожђе. Студије су откриле да фемтосекундна ласерска обрада текстура клипа аутомобила може смањити трење до 25% јер се остаци и уље могу ефикасно складиштити.
Слика 4. Фемтосекундна ласерска обрада клипова аутомобила аутомобила за побољшање перформанси мотора
05 Производња коронарних стентова у медицинској индустрији
Милиони коронарних стентова се имплантирају у коронарне артерије тела како би се отворио канал за проток крви у иначе згрушане судове, спашавајући милионе живота сваке године. Коронарни стентови се обично праве од металне (нпр. од нерђајућег челика, легуре никл-титанијума са меморијом облика или у новије време од легуре кобалта и хрома) жичане мреже са ширином стуба од приближно 100 μм. У поређењу са дугопулсним ласерским сечењем, предности коришћења ултрабрзих ласера за сечење носача су висок квалитет сечења, боља завршна обрада површине и мање остатака, што смањује трошкове накнадне обраде.
06 Производња микрофлуидних уређаја за медицинску индустрију
Микрофлуидни уређаји се обично користе у медицинској индустрији за тестирање и дијагнозу болести. Они се обично производе микробризгањем појединачних делова, а затим лепљењем помоћу лепљења или заваривања. Ултрабрза ласерска производња микрофлуидних уређаја има предност у производњи 3Д микроканала унутар провидних материјала као што је стакло без потребе за конекцијама. Једна метода је ултрабрза ласерска производња унутар великог стакла праћена влажним хемијским јеткањем, а друга је фемтосекундна ласерска аблација унутар стакла или пластике у дестилованој води за уклањање остатака. Други приступ је да се канали обрађују у стакленој површини и запечате стакленим поклопцем путем фемтосекундног ласерског заваривања.
Слика 6. Селективно нагризање изазвано фемтосекундом ласером за припрему микрофлуидних канала унутар стаклених материјала
07 Микро бушење млазнице ињектора
Фемтосекундна ласерска обрада микрорупа заменила је микро-ЕДМ у многим компанијама на тржишту ињектора високог притиска због веће флексибилности у промени профила проточних рупа и краћег времена обраде. Могућност да се аутоматски контролише положај фокуса и нагиб зрака преко главе за прецесирање довела је до дизајна профила отвора (нпр. буре, бакља, конвергенција, дивергенција) који могу промовисати атомизацију или продирање у комору за сагоревање. Време бушења зависи од запремине аблације, са дебљином бургије од 0,2 – 0,5 мм и пречником рупе од 0,12 – 0,25 мм, што ову технику чини десет пута бржом од микро-ЕДМ-а. Микробушење се изводи у три фазе, укључујући грубу обраду и завршну обраду пробних рупа. Аргон се користи као помоћни гас за заштиту бушотине од оксидације и за заштиту финалне плазме током почетних фаза.
Слика 7. Фемтосекундна ласерска обрада високе прецизности обрнутог конусног отвора за ињектор дизел мотора
08 Ултра-брзо ласерско текстурирање
Последњих година, како би се побољшала тачност машинске обраде, смањила материјална штета и повећала ефикасност обраде, област микромашинске обраде постепено је постала фокус истраживача. Ултрабрзи ласер има различите предности обраде као што су мала оштећења и висока прецизност, што је постало фокус промоције развоја технологије обраде. У исто време, ултрабрзи ласери могу да делују на различите материјале, а оштећење материјала за ласерску обраду је такође главни истраживачки правац. Ултрабрзи ласер се користи за аблацију материјала. Када је густина енергије ласера већа од прага аблације материјала, површина аблираног материјала ће показати микро-нано структуру са одређеним карактеристикама. Истраживања показују да је ова посебна површинска структура уобичајена појава која се јавља приликом ласерске обраде материјала. Припрема површинских микро-нано структура може побољшати својства самог материјала и омогућити развој нових материјала. Ово чини припрему површинских микро-нано структура ултрабрзим ласером техничком методом са важним развојним значајем. Тренутно, за металне материјале, истраживање ултрабрзог ласерског површинског текстурирања може побољшати својства влажења површине метала, побољшати површинско трење и својства хабања, побољшати адхезију премаза и усмерену пролиферацију и адхезију ћелија.
Слика 8. Суперхидрофобна својства ласерски припремљене површине силикона
Као најсавременија технологија обраде, ултрабрза ласерска обрада има карактеристике мале зоне под утицајем топлоте, нелинеарног процеса интеракције са материјалима и обраде високе резолуције изнад границе дифракције. Може да реализује висококвалитетну и прецизну микро-нано обраду различитих материјала. и израда тродимензионалних микро-нано структура. Постизање ласерске производње специјалних материјала, сложених структура и специјалних уређаја отвара нове путеве за микро-нано производњу. Тренутно, фемтосекундни ласер има широку примену у многим најсавременијим научним областима: фемтосекундни ласер се може користити за припрему различитих оптичких уређаја, као што су низови микросочива, бионичке сложене очи, оптички таласоводи и метаповршине; користећи своју високу прецизност, високу резолуцију и са могућностима тродимензионалне обраде, фемтосекундни ласер може да припреми или интегрише микрофлуидне и оптофлуидне чипове као што су компоненте микрогрејача и тродимензионални микрофлуидни канали; поред тога, фемтосекундни ласер такође може да припреми различите типове површинских микро-наноструктура за постизање анти-рефлексије, анти-рефлексије, супер-хидрофобне, против залеђивања и других функција; не само то, фемтосекундни ласер је такође примењен у области биомедицине, показујући изванредне перформансе у областима као што су биолошки микро-стентови, супстрати ћелијске културе и биолошко микроскопско снимање. Широки изгледи за примену. Тренутно се поља примене фемтосекундне ласерске обраде из године у годину шире. Поред горе поменуте микро-оптике, микрофлуидике, мултифункционалних микро-наноструктура и апликација биомедицинског инжењеринга, он такође игра огромну улогу у неким областима у настајању, као што је припрема метаповршине. , микро-нано производња и вишедимензионално оптичко складиштење информација итд.
Време поста: 17.04.2024
