Għalkemm il-lejżers ultraveloċi ilhom għal għexieren ta 'snin, l-applikazzjonijiet industrijali kibru malajr fl-aħħar għoxrin sena. Fl-2019, il-valur tas-suq ta 'ultrafastmaterjal tal-laserl-ipproċessar kien ta 'madwar US $ 460 miljun, b'rata ta' tkabbir annwali kompost ta '13%. Oqsma ta' applikazzjoni fejn lejżers ultraveloċi ntużaw b'suċċess biex jipproċessaw materjali industrijali jinkludu fabbrikazzjoni u tiswija ta' fotomask fl-industrija tas-semikondutturi kif ukoll dicing tas-silikon, qtugħ/iskrizzjoni tal-ħġieġ u (ossidu tal-landa tal-indju) tneħħija tal-film ITO fl-elettronika tal-konsumatur bħal telefowns ċellulari u tablets , Texturing tal-pistun għall-industrija tal-karozzi, manifattura ta 'stent koronarju u manifattura ta' apparat mikrofluwidi għall-industrija medika.
01 Manifattura u tiswija ta' fotomask fl-industrija tas-semikondutturi
Lejżers ultraveloċi ntużaw f'waħda mill-applikazzjonijiet industrijali l-aktar bikrija fl-ipproċessar tal-materjali. IBM rrappurtat l-applikazzjoni tal-ablation bil-lejżer femtosecond fil-produzzjoni tal-fotomask fid-disgħinijiet. Meta mqabbel ma 'l-ablazzjoni bil-lejżer nanosekondi, li tista' tipproduċi t-tixx tal-metall u l-ħsara tal-ħġieġ, il-maskri tal-lejżer femtosecond ma juru l-ebda tixrid tal-metall, l-ebda ħsara fil-ħġieġ, eċċ. Il-vantaġġi. Dan il-metodu jintuża biex jipproduċi ċirkwiti integrati (ICs). Il-produzzjoni ta 'ċippa IC tista' teħtieġ sa 30 maskra u tiswa> $100,000. L-ipproċessar tal-lejżer Femtosecond jista 'jipproċessa linji u punti taħt il-150nm.
Figura 1. Fabbrikazzjoni u tiswija ta 'Photomask
Figura 2. Riżultati ta 'ottimizzazzjoni ta' mudelli ta 'maskra differenti għal litografija ultravjola estrema
02 Qtugħ tas-silikon fl-industrija tas-semikondutturi
Id-dicing tal-wejfer tas-silikon huwa proċess ta 'manifattura standard fl-industrija tas-semikondutturi u tipikament isir bl-użu ta' dicing mekkaniku. Dawn ir-roti tat-tqattigħ ħafna drabi jiżviluppaw mikroxquq u huma diffiċli biex jinqatgħu wejfers irqaq (eż. ħxuna < 150 μm). Qtugħ bil-lejżer ta 'wejfers tas-silikon intuża fl-industrija tas-semikondutturi għal ħafna snin, speċjalment għal wejfers irqaq (100-200μm), u jitwettaq f'diversi passi: grooving bil-lejżer, segwit minn separazzjoni mekkanika jew qtugħ stealth (jiġifieri raġġ tal-laser infra-aħmar ġewwa l-iskrizzjoni tas-silikon) segwita minn separazzjoni tejp mekkaniku. Il-laser tal-polz nanosecond jista 'jipproċessa 15-il wejfer fis-siegħa, u l-laser picosecond jista' jipproċessa 23 wejfer fis-siegħa, bi kwalità ogħla.
03 Qtugħ/kitba tal-ħġieġ fl-industrija tal-elettronika konsumabbli
Touch screens u nuċċalijiet protettivi għall-mowbajls u laptops qed isiru aktar irqaq u xi forom ġeometriċi huma mgħawġa. Dan jagħmel it-tqattigħ mekkaniku tradizzjonali aktar diffiċli. Lejżers tipiċi tipikament jipproduċu kwalità fqira ta 'qatgħa, speċjalment meta dawn il-wirjiet tal-ħġieġ huma f'munzelli 3-4 saffi u l-ħġieġ protettiv ta' 700 μm oħxon ta 'fuq ikun ittemprat, li jista' jinkiser bi stress lokalizzat. Lejżers ultrafast intwerew li jistgħu jaqtgħu dawn in-nuċċalijiet b'saħħa tat-tarf aħjar. Għal qtugħ ta 'pannelli ċatti kbar, il-laser femtosecond jista' jiġi ffukat fuq il-wiċċ ta 'wara tal-folja tal-ħġieġ, grif in-naħa ta' ġewwa tal-ħġieġ mingħajr ma ssir ħsara lill-wiċċ ta 'quddiem. Il-ħġieġ jista 'mbagħad jitkisser bl-użu ta' mezzi mekkaniċi jew termali tul il-mudell skurjat.
Figura 3. Qtugħ b'forma speċjali tal-ħġieġ tal-lejżer ultrafast Picosecond
04 Nisġa tal-pistuni fl-industrija tal-karozzi
Magni tal-karozzi ħfief huma magħmula minn ligi tal-aluminju, li mhumiex reżistenti għall-ilbies daqs il-ħadid fondut. Studji sabu li l-ipproċessar bil-lejżer femtosecond ta 'nisġa tal-pistun tal-karozzi jista' jnaqqas il-frizzjoni sa 25% minħabba li d-debris u ż-żejt jistgħu jinħażnu b'mod effettiv.
Figura 4. Ipproċessar bil-lejżer Femtosecond tal-pistuni tal-magni tal-karozzi biex itejbu l-prestazzjoni tal-magna
05 Manifattura ta' stent koronarji fl-industrija medika
Miljuni ta 'stents koronarji jiġu impjantati fl-arterji koronarji tal-ġisem biex jiftħu kanal għad-demm biex jiċċirkola f'bastimenti li kieku kienu magħquda, u jsalva miljuni ta' ħajjiet kull sena. Stents koronarji huma tipikament magħmulin minn xibka tal-wajer tal-metall (eż., azzar li ma jissaddadx, liga tal-memorja tal-forma tan-nikil-titanju, jew aktar reċentement liga tal-kobalt-kromju) b'wisa' ta 'strut ta' madwar 100 μm. Meta mqabbel mal-qtugħ bil-lejżer tal-polz twil, il-vantaġġi tal-użu ta 'lejżers ultraveloċi biex jaqtgħu l-parentesi huma ta' kwalità għolja maqtugħa, finitura tal-wiċċ aħjar, u inqas debris, li jnaqqas l-ispejjeż ta 'wara l-ipproċessar.
06 Manifattura ta' apparat mikrofluwidiku għall-industrija medika
Mezzi mikrofluwidi huma komunement użati fl-industrija medika għall-ittestjar u d-dijanjosi tal-mard. Dawn huma tipikament manifatturati permezz ta 'iffurmar ta' mikro-injezzjoni ta 'partijiet individwali u mbagħad twaħħil bl-użu ta' inkullar jew iwweldjar. Il-fabbrikazzjoni tal-lejżer ultraveloċi ta 'apparati mikrofluwidi għandha l-vantaġġ li tipproduċi mikrokanali 3D f'materjali trasparenti bħall-ħġieġ mingħajr il-ħtieġa ta' konnessjonijiet. Metodu wieħed huwa l-fabbrikazzjoni tal-laser ultraveloċi ġewwa ħġieġ bl-ingrossa segwit minn inċiżjoni kimika mxarrba, u ieħor huwa l-ablazzjoni bil-lejżer femtosecond ġewwa ħġieġ jew plastik f'ilma distillat biex jitneħħa d-debris. Approċċ ieħor huwa li l-kanali tal-magni fil-wiċċ tal-ħġieġ u jissiġillawhom b'għatu tal-ħġieġ permezz tal-iwweldjar bil-laser femtosecond.
Figura 6. Inċiżjoni selettiva kkaġunata bil-lejżer Femtosecond biex tipprepara kanali mikrofluwidi ġewwa materjali tal-ħġieġ
07 Mikro tħaffir taż-żennuna tal-injettur
Il-magni tal-microhole tal-laser Femtosecond issostitwixxa l-mikro-EDM f'ħafna kumpaniji fis-suq tal-injetturi bi pressjoni għolja minħabba flessibbiltà akbar fit-tibdil tal-profili tat-toqba tal-fluss u ħinijiet iqsar tal-magni. Il-kapaċità li tikkontrolla awtomatikament il-pożizzjoni tal-fokus u l-inklinazzjoni tar-raġġ permezz ta 'ras tal-iskannjar preċedente wasslet għad-disinn ta' profili tal-apertura (eż., kanna, flare, konverġenza, diverġenza) li jistgħu jippromwovu atomizzazzjoni jew penetrazzjoni fil-kamra tal-kombustjoni. Il-ħin tat-tħaffir jiddependi fuq il-volum ta 'l-ablazzjoni, bi ħxuna ta' drill ta '0.2 – 0.5 mm u dijametru tat-toqba ta' 0.12 – 0.25 mm, li tagħmel din it-teknika għaxar darbiet aktar mgħaġġla mill-mikro-EDM. Il-mikrodrilling jitwettaq fi tliet stadji, inkluż it-tħaffir u l-irfinar tat-toqob permezz tal-pilota. L-argon jintuża bħala gass awżiljarju biex jipproteġi l-borehole mill-ossidazzjoni u biex jipproteġi l-plażma finali matul l-istadji inizjali.
Figura 7. Ipproċessar ta 'preċiżjoni għolja bil-lejżer Femtosecond ta' toqba taper invertita għall-injettur tal-magna diesel
08 Texturing bil-lejżer ultra-veloċi
F'dawn l-aħħar snin, sabiex tittejjeb l-eżattezza tal-magni, titnaqqas il-ħsara materjali, u tiżdied l-effiċjenza tal-ipproċessar, il-qasam tal-mikromachining gradwalment sar fokus tar-riċerkaturi. Lejżer ultrafast għandu diversi vantaġġi ta 'pproċessar bħal ħsara baxxa u preċiżjoni għolja, li saret il-fokus tal-promozzjoni tal-iżvilupp tat-teknoloġija tal-ipproċessar. Fl-istess ħin, lejżers ultraveloċi jistgħu jaġixxu fuq varjetà ta 'materjali, u l-ħsara tal-materjal tal-ipproċessar tal-lejżer hija wkoll direzzjoni ta' riċerka ewlenija. Il-laser ultraveloċi jintuża biex jitneħħa l-materjali. Meta d-densità tal-enerġija tal-lejżer tkun ogħla mil-limitu tal-ablazzjoni tal-materjal, il-wiċċ tal-materjal imneħħi se juri struttura mikro-nano b'ċerti karatteristiċi. Ir-riċerka turi li din l-Istruttura tal-wiċċ speċjali hija fenomenu komuni li jseħħ meta l-materjali tal-ipproċessar tal-lejżer. Il-preparazzjoni ta 'strutturi mikro-nano tal-wiċċ tista' ttejjeb il-proprjetajiet tal-materjal innifsu u tippermetti wkoll l-iżvilupp ta 'materjali ġodda. Dan jagħmel il-preparazzjoni ta 'strutturi mikro-nano tal-wiċċ bil-laser ultraveloċi metodu tekniku b'sinifikat importanti ta' żvilupp. Bħalissa, għal materjali tal-metall, ir-riċerka dwar it-tessuti tal-wiċċ tal-laser ultraveloċi tista 'ttejjeb il-proprjetajiet tat-tixrib tal-wiċċ tal-metall, ittejjeb il-frizzjoni tal-wiċċ u l-proprjetajiet tal-ilbies, ittejjeb l-adeżjoni tal-kisi, u proliferazzjoni u adeżjoni direzzjonali taċ-ċelloli.
Figura 8. Proprjetajiet superidrofobiċi tal-wiċċ tas-silikon ippreparat bil-lejżer
Bħala teknoloġija ta 'l-ipproċessar avvanzata, l-ipproċessar bil-lejżer ultraveloċi għandu l-karatteristiċi ta' żona żgħira affettwata mis-sħana, proċess mhux lineari ta 'interazzjoni ma' materjali, u proċessar b'riżoluzzjoni għolja lil hinn mil-limitu tad-diffrazzjoni. Jista 'jirrealizza ipproċessar mikro-nano ta' kwalità għolja u ta 'preċiżjoni għolja ta' diversi materjali. u fabbrikazzjoni ta 'struttura mikro-nano tridimensjonali. Il-kisba tal-manifattura bil-lejżer ta 'materjali speċjali, strutturi kumplessi u apparat speċjali tiftaħ toroq ġodda għall-manifattura mikro-nano. Fil-preżent, femtosecond laser intuża ħafna f'ħafna oqsma xjentifiċi avvanzati: femtosecond laser jista 'jintuża biex jipprepara diversi apparati ottiċi, bħal microlens arrays, għajnejn komposti bionic, waveguides ottiċi u metasurfaces; bl-użu ta 'preċiżjoni għolja, riżoluzzjoni għolja u B'kapaċitajiet ta' pproċessar tridimensjonali, laser femtosecond jista 'jipprepara jew jintegra ċipep mikrofluwidi u optofluidiċi bħal komponenti ta' microheater u kanali mikrofluwidi tridimensjonali; barra minn hekk, il-laser femtosecond jista 'wkoll jipprepara tipi differenti ta' mikro-nanostrutturi tal-wiċċ biex jikseb funzjonijiet kontra r-rifless, kontra r-rifless, super-idrofobiku, kontra s-silġ u funzjonijiet oħra; mhux biss, il-laser femtosecond ġie applikat ukoll fil-qasam tal-bijomediċina, li juri prestazzjoni eċċellenti f'oqsma bħal mikro-stents bijoloġiċi, substrati tal-kultura taċ-ċelluli u immaġini mikroskopiċi bijoloġiċi. Prospetti wiesgħa ta' applikazzjoni. Fil-preżent, l-oqsma ta ' applikazzjoni ta ' l-ipproċessar tal-laser femtosecond qed jespandu sena wara sena. Minbarra l-mikro-ottika, mikrofluwidika, mikro-nanostrutturi multi-funzjonali u applikazzjonijiet ta 'inġinerija bijomedika msemmija hawn fuq, għandha wkoll rwol kbir f'xi oqsma emerġenti, bħall-preparazzjoni tal-metasurface. , manifattura mikro-nano u ħażna ta 'informazzjoni ottika multi-dimensjonali, eċċ.
Ħin tal-post: Apr-17-2024
