Għalkemm il-lejżers ultraveloċi ilhom jeżistu għal għexieren ta’ snin, l-applikazzjonijiet industrijali kibru b’rata mgħaġġla fl-aħħar żewġ deċennji. Fl-2019, il-valur tas-suq tal-lejżers ultraveloċimaterjal tal-lejżerL-ipproċessar kien ta’ madwar US$460 miljun, b’rata ta’ tkabbir annwali komposta ta’ 13%. L-oqsma ta’ applikazzjoni fejn il-lejżers ultraveloċi ntużaw b’suċċess biex jipproċessaw materjali industrijali jinkludu l-fabbrikazzjoni u t-tiswija tal-fotomaskri fl-industrija tas-semikondutturi kif ukoll it-tqattigħ tas-silikon f’kubi, it-tqattigħ/l-iskrizzjoni tal-ħġieġ u t-tneħħija tal-film tal-ITO (ossidu tal-landa tal-indju) fl-elettronika tal-konsumatur bħal telefowns ċellulari u tablets, it-tessut tal-pistuni għall-industrija tal-karozzi, il-manifattura ta’ stents koronarji u l-manifattura ta’ apparati mikrofluwidiċi għall-industrija medika.
01 Manifattura u tiswija ta' fotomasks fl-industrija tas-semikondutturi
Lejżers ultraveloċi ntużaw f'waħda mill-ewwel applikazzjonijiet industrijali fl-ipproċessar tal-materjali. IBM irrappurtat l-applikazzjoni tal-ablazzjoni bil-lejżer femtosekond fil-produzzjoni tal-fotomaskri fis-snin disgħin. Meta mqabbla mal-ablazzjoni bil-lejżer nanosekond, li tista' tipproduċi titjir tal-metall u ħsara lill-ħġieġ, il-maskri tal-lejżer femtosekond ma juru l-ebda titjir tal-metall, l-ebda ħsara lill-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 bil-lejżer femtosekond jista' jipproċessa linji u punti taħt il-150nm.
Figura 1. Fabbrikazzjoni u tiswija tal-fotomaskra
Figura 2. Riżultati ta' ottimizzazzjoni ta' mudelli differenti ta' maskri għal litografija ultravjola estrema
02 Qtugħ tas-silikon fl-industrija tas-semikondutturi
It-tqattigħ f'biċċiet żgħar tal-wejfers tas-silikon huwa proċess standard tal-manifattura fl-industrija tas-semikondutturi u tipikament isir bl-użu ta' tqattigħ mekkaniku. Dawn ir-roti tat-tqattigħ spiss jiżviluppaw mikroxquq u huma diffiċli biex jinqatgħu wejfers irqaq (eż. ħxuna < 150 μm). It-tqattigħ bil-lejżer tal-wejfers tas-silikon ilu jintuża fl-industrija tas-semikondutturi għal ħafna snin, speċjalment għal wejfers irqaq (100-200μm), u jitwettaq f'diversi stadji: grooving bil-lejżer, segwit minn separazzjoni mekkanika jew qtugħ stealth (jiġifieri raġġ tal-lejżer infra-aħmar ġewwa l-iscribing tas-silikon) segwit minn separazzjoni mekkanika tat-tejp. Il-lejżer tal-polz tan-nanosekonda jista' jipproċessa 15-il wejfer fis-siegħa, u l-lejżer tal-pikosekonda jista' jipproċessa 23 wejfer fis-siegħa, bi kwalità ogħla.
03 Qtugħ/inċiżjoni tal-ħġieġ fl-industrija tal-elettronika konsumabbli
L-iskrins tattili u l-ħġieġ protettiv għat-telefowns ċellulari u l-laptops qed isiru irqaq u xi forom ġeometriċi huma mgħawġa. Dan jagħmel it-tqattigħ mekkaniku tradizzjonali aktar diffiċli. Il-lejżers tipiċi tipikament jipproduċu kwalità fqira tat-tqattigħ, speċjalment meta dawn il-wirjiet tal-ħġieġ ikunu f'munzelli ta' 3-4 saffi u l-ħġieġ protettiv ta' fuq ta' 700 μm ħxuna jkun ittemprat, li jista' jinkiser bi stress lokalizzat. Intwera li l-lejżers ultraveloċi huma kapaċi jaqtgħu dawn il-ħġieġ b'saħħa aħjar tat-tarf. Għat-tqattigħ ta' pannelli ċatti kbar, il-lejżer femtosekond jista' jiġi ffukat fuq il-wiċċ ta' wara tal-folja tal-ħġieġ, u b'hekk tobrox in-naħa ta' ġewwa tal-ħġieġ mingħajr ma ssir ħsara lill-wiċċ ta' quddiem. Il-ħġieġ imbagħad jista' jinkiser bl-użu ta' mezzi mekkaniċi jew termali tul il-mudell imnaqqax.
Figura 3. Qtugħ tal-ħġieġ bil-lejżer ultraveloċi bil-pikosekonda b'forma speċjali
04 Tessuti tal-pistuni fl-industrija tal-karozzi
Magni tal-karozzi ħfief huma magħmula minn ligi tal-aluminju, li mhumiex reżistenti għall-użu daqs il-ħadid fondut. Studji sabu li l-ipproċessar bil-lejżer femtosekond tan-nisġa tal-pistuni tal-karozzi jista' jnaqqas il-frizzjoni sa 25% għaliex id-debris u ż-żejt jistgħu jinħażnu b'mod effettiv.
Figura 4. Ipproċessar bil-lejżer femtosekond tal-pistuni tal-magna tal-karozzi biex tittejjeb il-prestazzjoni tal-magna
05 Manifattura ta' stents koronarji fl-industrija medika
Miljuni ta' stents koronarji jiġu impjantati fl-arterji koronarji tal-ġisem biex jiftħu kanal biex id-demm jiċċirkola f'vini li kieku jkunu magħqudin, u b'hekk isalvaw miljuni ta' ħajjiet kull sena. L-istents koronarji tipikament ikunu magħmula minn xibka tal-wajer tal-metall (eż., azzar inossidabbli, liga tan-nikil-titanju b'memorja tal-forma, jew aktar reċentement liga tal-kobalt-kromju) b'wisa' ta' strut ta' madwar 100 μm. Meta mqabbel mat-tqattigħ bil-lejżer b'polz twil, il-vantaġġi tal-użu ta' lejżers ultraveloċi biex jinqatgħu l-parentesi huma kwalità għolja tat-tqattigħ, finitura aħjar tal-wiċċ, u inqas debris, li jnaqqas l-ispejjeż ta' wara l-ipproċessar.
06 Manifattura ta' apparati mikrofluwidiċi għall-industrija medika
Apparati mikrofluwidiċi huma komunement użati fl-industrija medika għall-ittestjar u d-dijanjosi tal-mard. Dawn huma tipikament manifatturati permezz tal-iffurmar b'mikro-injezzjoni ta' partijiet individwali u mbagħad twaħħil bl-użu ta' kolla jew iwweldjar. Il-fabbrikazzjoni bil-lejżer ultraveloċi ta' apparati mikrofluwidiċi għandha l-vantaġġ li tipproduċi mikrokanali 3D f'materjali trasparenti bħall-ħġieġ mingħajr il-ħtieġa ta' konnessjonijiet. Metodu wieħed huwa l-fabbrikazzjoni bil-lejżer ultraveloċi ġewwa ħġieġ bl-ingrossa segwita minn inċiżjoni kimika mxarrba, u ieħor huwa ablazzjoni bil-lejżer femtosekond ġewwa ħġieġ jew plastik f'ilma distillat biex jitneħħew id-debris. Approċċ ieħor huwa li l-kanali jiġu mmaxinjati fil-wiċċ tal-ħġieġ u jiġu ssiġillati b'għatu tal-ħġieġ permezz tal-iwweldjar bil-lejżer femtosekond.
Figura 6. Inċiżjoni selettiva indotta bil-lejżer femtosekond biex tipprepara kanali mikrofluwidiċi ġewwa materjali tal-ħġieġ
07 Mikro-tħaffir taż-żennuna tal-injettur
Il-magni tal-mikrotoqob bil-lejżer femtosekond issostitwixxew il-mikro-EDM f'ħafna kumpaniji fis-suq tal-injetturi bi pressjoni għolja minħabba flessibilità akbar fil-bdil tal-profili tat-toqob tal-fluss u ħinijiet iqsar tal-magni. Il-kapaċità li jiġu kkontrollati awtomatikament il-pożizzjoni tal-fokus u l-inklinazzjoni tar-raġġ permezz ta' ras tal-iskannjar li tipproċessa wasslet għad-disinn ta' profili tal-apertura (eż., barmil, flare, konverġenza, diverġenza) li jistgħu jippromwovu l-atomizzazzjoni jew il-penetrazzjoni fil-kamra tal-kombustjoni. Il-ħin tat-tħaffir jiddependi fuq il-volum tal-ablazzjoni, bi ħxuna tat-tħaffir ta' 0.2 – 0.5 mm u dijametru tat-toqba ta' 0.12 – 0.25 mm, li jagħmel din it-teknika għaxar darbiet aktar mgħaġġla mill-mikro-EDM. Il-mikro-tħaffir jitwettaq fi tliet stadji, inkluż it-tħaffir u l-irfinar tat-toqob 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 femtosekond ta' toqba konika maqluba għal injettur ta' magna diesel
08 Texturing bil-lejżer ultra-veloċi
F'dawn l-aħħar snin, sabiex tittejjeb il-preċiżjoni tal-magni, titnaqqas il-ħsara lill-materjal, u tiżdied l-effiċjenza tal-ipproċessar, il-qasam tal-mikromagni gradwalment sar fokus tar-riċerkaturi. Il-lejżer ultraveloċi għandu diversi vantaġġi fl-ipproċessar bħal ħsara baxxa u preċiżjoni għolja, li saru l-fokus tal-promozzjoni tal-iżvilupp tat-teknoloġija tal-ipproċessar. Fl-istess ħin, il-lejżers ultraveloċi jistgħu jaġixxu fuq varjetà ta' materjali, u l-ħsara lill-materjal tal-ipproċessar bil-lejżer hija wkoll direzzjoni ewlenija ta' riċerka. Il-lejżer ultraveloċi jintuża biex jitneħħew il-materjali. Meta d-densità tal-enerġija tal-lejżer tkun ogħla mil-limitu tal-ablazzjoni tal-materjal, il-wiċċ tal-materjal li tneħħa se juri struttura mikro-nano b'ċerti karatteristiċi. Ir-riċerka turi li din l-Istruttura speċjali tal-wiċċ hija fenomenu komuni li jseħħ meta jiġu pproċessati l-materjali bil-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 permezz ta' lejżer ultraveloċi metodu tekniku b'sinifikat importanti għall-iżvilupp. Bħalissa, għal materjali tal-metall, ir-riċerka dwar it-tessut tal-wiċċ bil-lejżer ultraveloċi tista' ttejjeb il-proprjetajiet tat-tixrib tal-wiċċ tal-metall, ittejjeb il-proprjetajiet tal-frizzjoni u l-użu tal-wiċċ, ittejjeb l-adeżjoni tal-kisi, u l-proliferazzjoni u l-adeżjoni direzzjonali taċ-ċelloli.
Figura 8. Proprjetajiet superidrofobiċi ta' wiċċ tas-silikon ippreparat bil-lejżer
Bħala teknoloġija tal-ipproċessar avvanzata, l-ipproċessar bil-lejżer ultraveloċi għandu l-karatteristiċi ta' żona żgħira affettwata mis-sħana, proċess mhux lineari ta' interazzjoni mal-materjali, u pproċessar b'riżoluzzjoni għolja lil hinn mil-limitu tad-diffrazzjoni. Jista' jirrealizza pproċessar mikro-nano ta' kwalità għolja u preċiżjoni għolja ta' diversi materjali, kif ukoll fabbrikazzjoni ta' strutturi mikro-nano tridimensjonali. Il-kisba tal-manifattura bil-lejżer ta' materjali speċjali, strutturi kumplessi u apparati speċjali tiftaħ toroq ġodda għall-manifattura mikro-nano. Fil-preżent, il-lejżer femtosekond intuża ħafna f'ħafna oqsma xjentifiċi avvanzati: il-lejżer femtosekond jista' jintuża biex jipprepara diversi apparati ottiċi, bħal matriċi ta' mikrolenti, għajnejn komposti bijoniċi, gwidi tal-mewġ ottiċi u metasuperfiċji; bl-użu tal-preċiżjoni għolja, ir-riżoluzzjoni għolja u l-kapaċitajiet ta' pproċessar tridimensjonali tiegħu, il-lejżer femtosekond jista' jipprepara jew jintegra ċipep mikrofluwidiċi u optofluwidiċi bħal komponenti ta' mikroheater u kanali mikrofluwidiċi tridimensjonali; Barra minn hekk, il-lejżer femtosekond jista' wkoll jipprepara tipi differenti ta' mikro-nanostrutturi tal-wiċċ biex jikseb funzjonijiet anti-riflessjoni, anti-riflessjoni, super-idrofobiċi, anti-silġ u funzjonijiet oħra; mhux hekk biss, il-lejżer femtosekond ġie applikat ukoll fil-qasam tal-bijomediċina, u wera prestazzjoni eċċellenti f'oqsma bħal mikro-stents bijoloġiċi, sottostrati tal-kultura taċ-ċelloli u immaġini mikroskopiċi bijoloġiċi. Prospetti wesgħin ta' applikazzjoni. Fil-preżent, l-oqsma ta' applikazzjoni tal-ipproċessar tal-lejżer femtosekond qed jespandu sena wara sena. Minbarra l-mikro-ottika, il-mikrofluwidika, il-mikro-nanostrutturi multifunzjonali u l-applikazzjonijiet tal-inġinerija bijomedika msemmija hawn fuq, għandu wkoll rwol kbir f'xi oqsma emerġenti, bħall-preparazzjoni tal-metawiċċ, il-manifattura tal-mikro-nano u l-ħażna ta' informazzjoni ottika multidimensjonali, eċċ.
Ħin tal-posta: 17 ta' April 2024
