Och wann ultraschnell Laser zënter Joerzéngte ronderëm sinn, sinn industriell Uwendungen an de leschten zwee Joerzéngte séier gewuess. Am Joer 2019 ass de Maartwäert vun ultrafastLaser MaterialD'Veraarbechtung war ongeféier US $ 460 Milliounen, mat engem zesummegesate jährleche Wuesstumsquote vun 13%. Uwendungsberäicher wou ultraschnell Laser erfollegräich benotzt gi fir industriell Materialien ze verarbeiten enthalen Fotomasken Fabrikatioun a Reparatur an der Hallefleitindustrie wéi och Silizium Wierfel, Glasschneiden / Schreiwen an (Indium Zinnoxid) ITO Filmentfernung an Konsumentelektronik wéi Handyen a Pëllen , Piston Texturing fir d'Automobilindustrie, Coronary Stent Fabrikatioun a Mikrofluid Geräter Fabrikatioun fir d'medizinesch Industrie.
01 Fotomasken Fabrikatioun a Reparatur an der Hallefleitindustrie
Ultraschnell Laser goufen an enger vun den éischten industriellen Uwendungen an der Materialveraarbechtung benotzt. IBM huet d'Applikatioun vu Femtosecond Laser Ablatioun an der Fotomaskproduktioun an den 1990er gemellt. Verglach mat Nanosecond Laser Ablation, déi Metal spatzen a Glas Schued produzéiere kann, femtosecond Laser Masken weisen keen Metal spatzen, kee Glas Schued, etc.. D'Virdeeler. Dës Method gëtt benotzt fir integréiert Circuiten (ICs) ze produzéieren. En IC Chip ze produzéieren kann bis zu 30 Masken erfuerderen a kaschten > $ 100,000. Femtosecond Laser Veraarbechtung kann Linnen a Punkten ënner 150nm veraarbecht.
Figur 1. Photomask Fabrikatioun a Reparatur
Figur 2. Optimisatiounsresultater vu verschiddene Maskmuster fir extrem ultraviolet Lithographie
02 Silicon Ausschneiden an der Hallefleitindustrie
Silicon Wafer Wierfel ass e Standard Fabrikatiounsprozess an der Hallefleitindustrie a gëtt typesch mat mechanesche Wierfel duerchgefouert. Dës Schneidrieder entwéckelen dacks Mikrorëss a si schwéier dënn ze schneiden (zB Dicke < 150 μm) Wafere. Laser opzedeelen vun Silicon wafers gouf fir vill Jore an der semiconductor Industrie benotzt, virun allem fir dënn wafers (100-200μm), a gëtt a ville Schrëtt duerchgefouert: Laser grooving, gefollegt vun mechanesch Trennung oder stealth opzedeelen (dh Infraroutstrahlung Laser Strahl bannen) d'Silisiumschrëft) gefollegt vun der mechanescher Bandtrennung. Den Nanosekonnen-Pulslaser kann 15 Wafer pro Stonn veraarbechten, an de Picosecond-Laser kann 23 Wafer pro Stonn veraarbecht, mat méi héijer Qualitéit.
03 Glas Ausschneiden / Schreiwen an der Verbrauchselektronikindustrie
Touchscreens a Schutzbrëller fir Handyen a Laptops ginn méi dënn an e puer geometresch Forme si kromme. Dëst mécht traditionell mechanesch Ausschneiden méi schwéier. Typesch Laser produzéieren typesch schlecht Schnëttqualitéit, besonnesch wann dës Glas Affichage 3-4 Schichten gestapelt sinn an déi iewescht 700 μm déck Schutzglas ass temperéiert, wat mat lokaliséierte Stress briechen kann. Ultraschnell Laser hu gewisen datt se dës Brëller mat enger besserer Randstäerkt schneiden. Fir grouss flaach Panel opzedeelen, kann de femtosecond Laser op der hënneschter Uewerfläch vun der Glasplack konzentréiert ginn, d'Innere vum Glas kraazt ouni d'Frontfläch ze beschiedegen. D'Glas kann dann mat mechanesche oder thermesche Mëttelen laanscht de geschossene Muster gebrach ginn.
Figur 3. Picosecond ultrafast Laser Glas speziell-gebuerene opzedeelen
04 Piston Texturen an der Automobilindustrie
Liichtgewiicht Autosmotore ginn aus Aluminiumlegierungen gemaach, déi net sou verschleißbeständeg sinn wéi Goss. Studien hu festgestallt datt d'Femtosekonnen Laserveraarbechtung vun Autoskolbentexturen d'Reibung ëm bis zu 25% reduzéiere kann, well Schutt an Ueleg effektiv gespäichert kënne ginn.
Figur 4. Femtosecond Laser Veraarbechtung vun automobile Moteur Pistons Motor Leeschtung ze verbesseren
05 Coronary Stent Fabrikatioun an der medizinescher Industrie
Millioune vu koronar Stents ginn an d'Koronararterien vum Kierper implantéiert fir e Kanal opzemaachen fir Blutt an soss gekollt Gefässer ze fléissen, an all Joer Millioune vu Liewen spueren. Coronary Stents ginn typesch aus Metall (zB Edelstol, Nickel-Titanium Form Memory Legierung, oder méi kierzlech Kobalt-Chrom Legierung) Drot Mesh gemaach mat enger Strut Breet vun ongeféier 100 μm. Am Verglach mat laang-Puls Laser opzedeelen, sinn d'Virdeeler vun ultraschnell Laser benotzt fir Klammeren ze schneiden héich Schnëttqualitéit, besser Surface Finish, a manner Dreck, wat d'Postveraarbechtungskäschte reduzéiert.
06 Fabrikatioun vu Mikrofluidgeräter fir medizinesch Industrie
Mikrofluid Geräter ginn allgemeng an der medizinescher Industrie fir Krankheetstester an Diagnostik benotzt. Dës ginn typesch duerch Mikro-Injektiounsformung vun eenzelnen Deeler hiergestallt an duerno mat Verkollen oder Schweißen verbannen. Ultraschnell Laserfabrikatioun vu Mikrofluidgeräter huet de Virdeel fir 3D Mikrokanälen an transparenten Materialien wéi Glas ze produzéieren ouni d'Verbindungen ze benotzen. Eng Method ass ultraschnell Laser Fabrikatioun bannent engem bulk Glas gefollegt vun naass chemesch Ätzen, an eng aner ass femtosecond Laser Ablatioun bannent Glas oder Plastik am destilléiert Waasser Dreck ze läschen. Eng aner Approche ass fir Kanäl an d'Glasfläch ze maschinen an se mat engem Glasdeckel iwwer Femtosecond Laser Schweess ze versiegelen.
Figur 6. Femtosecond Laser-induzéiert selektiv Ätzen fir Mikrofluidkanäl a Glasmaterialien ze preparéieren
07 Mikrobuerung vun der Injektordüse
Femtosecond Laser-Mikrohole-Maschinn huet Mikro-EDM bei ville Firmen am Héichdrockinjektormaart ersat wéinst méi grousser Flexibilitéit beim Ännere vu Flowlochprofiler a méi kuerzer Veraarbechtungszäiten. D'Kapazitéit fir automatesch d'Fokuspositioun an d'Schréiegt vum Strahl duerch e Virgänger Scankopf ze kontrolléieren huet zum Design vun Aperturprofile gefouert (zB Faass, Flare, Konvergenz, Divergenz) déi d'Atomisatioun oder d'Penetratioun an der Verbrennungskammer förderen kënnen. Buerzäit hänkt vum Ablatiounsvolumen ab, mat Bohrdicke vun 0,2 - 0,5 mm a Lachduerchmiesser vun 0,12 - 0,25 mm, wat dës Technik zéng Mol méi séier mécht wéi Mikro-EDM. D'Mikrobuerung gëtt an dräi Etappen duerchgefouert, inklusiv Raupen a Veraarbechtung vun duerch Pilot Lächer. Argon gëtt als Hëllefsgas benotzt fir d'Borhole virun der Oxidatioun ze schützen an de finalen Plasma während den initialen Etappen ze schützen.
Figur 7. Femtosecond Laser héich Präzisioun Veraarbechtung vun ëmgedréint taper Lach fir Diesel Moteur injector
08 Ultraschnell Lasertexturéierung
An de leschte Joeren, fir d'Bearbechtungsgenauegkeet ze verbesseren, de Materialschued ze reduzéieren an d'Veraarbechtungseffizienz ze erhéijen, ass d'Feld vun der Mikromachining no an no e Fokus vu Fuerscher ginn. Ultrafast Laser huet verschidde Veraarbechtung Virdeeler wéi niddereg Schued an héich Präzisioun, déi de Schwéierpunkt vun Promotioun vun der Entwécklung vun Veraarbechtung Technologie gouf. Zur selwechter Zäit kënnen ultraschnell Laser op eng Vielfalt vu Materialien handelen, a Laserveraarbechtung Materialschued ass och eng grouss Fuerschungsrichtung. Ultraschnell Laser gëtt benotzt fir Materialien ze läschen. Wann d'Energiedicht vum Laser méi héich ass wéi d'Ablatiounsschwell vum Material, wäert d'Uewerfläch vum ofgebaute Material eng Mikro-Nano-Struktur mat bestëmmte Charakteristiken weisen. Fuerschung weist datt dës speziell Uewerfläch Struktur e gemeinsame Phänomen ass deen optrieden wann Laser Veraarbechtung Materialien. D'Virbereedung vun Uewerfläch Mikro-Nano Strukturen kënnen d'Eegeschafte vum Material selwer verbesseren an och d'Entwécklung vun neie Materialien erméiglechen. Dëst mécht d'Virbereedung vun Uewerfläch Mikro-Nano Strukturen vun ultraschnell Laser eng technesch Method mat wichteg Entwécklung Bedeitung. Momentan, fir Metallmaterialien, Fuerschung iwwer ultraschnell Laseroberflächetexturéierung kann d'Metaloberflächebefeuchtungseigenschaften verbesseren, d'Uewerflächreibung an d'Verschleiungseigenschaften verbesseren, d'Beschichtungsadhäsioun verbesseren, an d'directional Verbreedung an d'Adhäsioun vun Zellen.
Figur 8. Superhydrophobic Eegeschafte vun Laser-virbereet Silicon Uewerfläch
Als opzedeelen-Wäitschoss Veraarbechtung Technologie, ultraschnell Laser Veraarbechtung huet d'Charakteristiken vun kleng Hëtzt-betraff Zone, Net-linear Prozess vun Interaktioun mat Material, an héich-Resolutioun Veraarbechtung iwwer d'diffraction Limite. Et kann qualitativ héichwäerteg an héichpräzis Mikro-Nano Veraarbechtung vu verschiddene Materialien realiséieren. an dräi-zweedimensional Mikro-Nano Struktur Fabrikatioun. D'Erreeche vun der Laserfabrikatioun vu spezielle Materialien, komplexe Strukturen a speziellen Apparater mécht nei Weeër fir Mikro-Nano-Fabrikatioun op. Am Moment, ass femtosecond Laser an vill opzedeelen-Wäitschoss wëssenschaftleche Beräicher benotzt ginn: femtosecond Laser kann benotzt ginn verschidden opteschen Apparater ze preparéieren, wéi microlens arrays, bionesche Verbindung Aen, optesch waveguides an metasurfaces; benotzt seng héich Präzisioun, héich Opléisung a Mat dräi-zweedimensional Veraarbechtung Kënnen, femtosecond Laser kann preparéieren oder integréieren microfluidic an optofluidic Chips wéi microheater Komponente an dräi-zweedimensional microfluidic Channels; Zousätzlech, femtosecond Laser kann och verschidden Zorte vu Uewerfläch Mikro-Nanostrukturen preparéieren Anti-Reflexioun erreechen, Anti-Reflexioun, super-hydrophobic, Anti-Äis an aner Funktiounen; net nëmmen, datt, femtosecond Laser och am Beräich vun biomedizin applizéiert ginn, weist aussergewéinlech Leeschtung an Beräicher wéi biologesch Mikro-stents, Zell Kultur Substrater a biologesch microscopic Imaging. Breet Applikatioun Perspektiven. Am Moment expandéieren d'Applikatiounsfelder vun der Femtosecond Laserveraarbechtung Joer fir Joer. Zousätzlech zu der uewe genannter Mikrooptik, Mikrofluidik, multifunktionnelle Mikro-Nanostrukturen a biomedizineschen Ingenieursapplikatiounen, spillt et och eng grouss Roll an e puer opkomende Felder, sou wéi Metasurface Virbereedung. , Mikro-Nano-Fabrikatioun a multidimensional optesch Informatiounspäicherung, etc.
Post Zäit: Apr-17-2024
