Er bod laserau tra chyflym wedi bod o gwmpas ers degawdau, mae cymwysiadau diwydiannol wedi tyfu'n gyflym yn ystod y ddau ddegawd diwethaf. Yn 2019, gwerth marchnad gwibgyswlltdeunydd laserroedd prosesu tua US$460 miliwn, gyda chyfradd twf blynyddol cyfansawdd o 13%. Mae meysydd cymwysiadau lle mae laserau gwibgyswllt wedi'u defnyddio'n llwyddiannus i brosesu deunyddiau diwydiannol yn cynnwys gwneuthuriad mwgwd ffoto a thrwsio yn y diwydiant lled-ddargludyddion yn ogystal â deisio silicon, torri gwydr / sgrwbio a thynnu ffilm ITO (indium tun ocsid) mewn electroneg defnyddwyr fel ffonau symudol a thabledi. , gweadu piston ar gyfer y diwydiant modurol, gweithgynhyrchu stent coronaidd a gweithgynhyrchu dyfeisiau microhylifol ar gyfer y diwydiant meddygol.
01 Gweithgynhyrchu ac atgyweirio Photomask yn y diwydiant lled-ddargludyddion
Defnyddiwyd laserau tra chyflym yn un o'r cymwysiadau diwydiannol cynharaf mewn prosesu deunyddiau. Adroddodd IBM y cymhwyswyd abladiad laser femtosecond wrth gynhyrchu mwgwd ffoto yn y 1990au. O'i gymharu ag abladiad laser nanosecond, sy'n gallu cynhyrchu gwasgariad metel a difrod gwydr, mae masgiau laser femtosecond yn dangos dim spatter metel, dim difrod gwydr, ac ati Y manteision. Defnyddir y dull hwn i gynhyrchu cylchedau integredig (ICs). Efallai y bydd angen hyd at 30 o fasgiau i gynhyrchu sglodyn IC a chostio> $100,000. Gall prosesu laser femtosecond brosesu llinellau a phwyntiau o dan 150nm.
Ffigur 1. Gwneuthuriad ac atgyweirio mwgwd ffoto
Ffigur 2. Canlyniadau optimeiddio gwahanol batrymau mwgwd ar gyfer lithograffeg uwchfioled eithafol
02 Torri silicon yn y diwydiant lled-ddargludyddion
Mae deisio wafferi silicon yn broses weithgynhyrchu safonol yn y diwydiant lled-ddargludyddion ac fe'i perfformir fel arfer gan ddefnyddio deisio mecanyddol. Mae'r olwynion torri hyn yn aml yn datblygu microcraciau ac mae'n anodd torri wafferi tenau (ee trwch < 150 μm). Mae torri laser o wafferi silicon wedi'i ddefnyddio yn y diwydiant lled-ddargludyddion ers blynyddoedd lawer, yn enwedig ar gyfer wafferi tenau (100-200μm), ac fe'i cynhelir mewn sawl cam: rhigoli laser, ac yna gwahaniad mecanyddol neu dorri llechwraidd (hy trawst laser isgoch y tu mewn yr ysgrifennu silicon) ac yna gwahaniad tâp mecanyddol. Gall y laser pwls nanosecond brosesu 15 wafferi yr awr, a gall y laser picosecond brosesu 23 wafferi yr awr, gydag ansawdd uwch.
03 Torri/ysgrifennu gwydr yn y diwydiant electroneg traul
Mae sgriniau cyffwrdd a sbectol amddiffynnol ar gyfer ffonau symudol a gliniaduron yn mynd yn deneuach ac mae rhai siapiau geometrig yn grwm. Mae hyn yn gwneud torri mecanyddol traddodiadol yn fwy anodd. Mae laserau nodweddiadol fel arfer yn cynhyrchu ansawdd torri gwael, yn enwedig pan fo'r arddangosfeydd gwydr hyn wedi'u pentyrru 3-4 haen a'r gwydr amddiffynnol uchaf o 700 μm o drwch wedi'i dymheru, a all dorri gyda straen lleol. Dangoswyd bod laserau tra chyflym yn gallu torri'r sbectol hyn gyda chryfder ymyl gwell. Ar gyfer torri panel fflat mawr, gellir canolbwyntio'r laser femtosecond ar wyneb cefn y daflen wydr, gan grafu tu mewn i'r gwydr heb niweidio'r wyneb blaen. Yna gellir torri'r gwydr gan ddefnyddio dulliau mecanyddol neu thermol ar hyd y patrwm â sgôr.
Ffigur 3. Picosecond gwydr laser ultrafast torri siâp arbennig
04 Gweadau piston yn y diwydiant modurol
Mae peiriannau car ysgafn wedi'u gwneud o aloion alwminiwm, nad ydyn nhw mor gwrthsefyll traul â haearn bwrw. Mae astudiaethau wedi canfod y gall prosesu laser femtosecond o weadau piston ceir leihau ffrithiant hyd at 25% oherwydd gellir storio malurion ac olew yn effeithiol.
Ffigur 4. Prosesu laser femtosecond o pistons injan automobile i wella perfformiad injan
05 Gweithgynhyrchu stent coronaidd yn y diwydiant meddygol
Mae miliynau o stentiau coronaidd yn cael eu mewnblannu yn rhydwelïau coronaidd y corff i agor sianel i waed lifo i mewn i bibellau sydd fel arall yn geuledig, gan arbed miliynau o fywydau bob blwyddyn. Mae stentiau coronaidd fel arfer yn cael eu gwneud o rwyll wifrog metel (ee, dur di-staen, aloi cof siâp nicel-titaniwm, neu aloi cobalt-cromiwm yn fwy diweddar) gyda lled strut o tua 100 μm. O'i gymharu â thorri laser pwls hir, manteision defnyddio laserau tra chyflym i dorri cromfachau yw ansawdd torri uchel, gorffeniad wyneb gwell, a llai o falurion, sy'n lleihau costau ôl-brosesu.
06 Gweithgynhyrchu dyfeisiau microhylifol ar gyfer y diwydiant meddygol
Defnyddir dyfeisiau microhylifol yn gyffredin yn y diwydiant meddygol ar gyfer profi a gwneud diagnosis o glefydau. Mae'r rhain fel arfer yn cael eu cynhyrchu trwy fowldio micro-chwistrelliad o rannau unigol ac yna'n bondio gan ddefnyddio gludo neu weldio. Mae gan saernïo laser tra chyflym o ddyfeisiau microhylif y fantais o gynhyrchu microsianeli 3D o fewn deunyddiau tryloyw fel gwydr heb fod angen cysylltiadau. Un dull yw gwneuthuriad laser tra chyflym y tu mewn i wydr swmp ac yna ysgythru cemegol gwlyb, ac un arall yw abladiad laser femtosecond y tu mewn i wydr neu blastig mewn dŵr distyll i gael gwared ar falurion. Dull arall yw peiriant sianeli i'r wyneb gwydr a'u selio â gorchudd gwydr trwy weldio laser femtosecond.
Ffigur 6. Ysgythriad dethol a achosir gan laser femtosecond i baratoi sianeli microhylifol y tu mewn i ddeunyddiau gwydr
07 Micro ddrilio ffroenell chwistrellu
Mae peiriannu microhole laser Femtosecond wedi disodli micro-EDM mewn llawer o gwmnïau yn y farchnad chwistrellu pwysedd uchel oherwydd mwy o hyblygrwydd wrth newid proffiliau tyllau llif ac amseroedd peiriannu byrrach. Mae'r gallu i reoli lleoliad ffocws a gogwydd y trawst yn awtomatig trwy ben sgan rhagflaenol wedi arwain at ddylunio proffiliau agorfa (ee, casgen, fflêr, cydgyfeiriant, dargyfeirio) a all hyrwyddo atomization neu dreiddiad yn y siambr hylosgi. Mae amser drilio yn dibynnu ar gyfaint abladiad, gyda thrwch dril o 0.2 - 0.5 mm a diamedr twll o 0.12 - 0.25 mm, gan wneud y dechneg hon ddeg gwaith yn gyflymach na micro-EDM. Perfformir microdrilio mewn tri cham, gan gynnwys garwhau a gorffen tyllau peilot trwodd. Defnyddir argon fel nwy ategol i amddiffyn y twll turio rhag ocsideiddio ac i gysgodi'r plasma terfynol yn ystod y camau cychwynnol.
Ffigur 7. Prosesu manwl uchel laser femtosecond o dwll tapr gwrthdro ar gyfer chwistrellwr injan diesel
08 Gweadu laser tra chyflym
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, er mwyn gwella cywirdeb peiriannu, lleihau difrod deunydd, a chynyddu effeithlonrwydd prosesu, mae maes micromachining wedi dod yn ffocws i ymchwilwyr yn raddol. Mae gan laser tra chyflym fanteision prosesu amrywiol megis difrod isel a manwl gywirdeb uchel, sydd wedi dod yn ffocws hyrwyddo datblygiad technoleg prosesu. Ar yr un pryd, gall laserau tra chyflym weithredu ar amrywiaeth o ddeunyddiau, ac mae difrod deunydd prosesu laser hefyd yn gyfeiriad ymchwil mawr. Defnyddir laser tra chyflym i abladu deunyddiau. Pan fydd dwysedd ynni'r laser yn uwch na throthwy abladiad y deunydd, bydd wyneb y deunydd abladedig yn dangos strwythur micro-nano gyda nodweddion penodol. Mae ymchwil yn dangos bod y Strwythur arwyneb arbennig hwn yn ffenomen gyffredin sy'n digwydd wrth brosesu deunyddiau laser. Gall paratoi strwythurau micro-nano wyneb wella priodweddau'r deunydd ei hun a hefyd galluogi datblygiad deunyddiau newydd. Mae hyn yn gwneud y gwaith o baratoi strwythurau micro-nano arwyneb trwy laser tra chyflym yn ddull technegol sydd ag arwyddocâd datblygu pwysig. Ar hyn o bryd, ar gyfer deunyddiau metel, gall ymchwil ar weadu wyneb laser tra chyflym wella priodweddau gwlychu wyneb metel, gwella priodweddau ffrithiant a gwisgo wyneb, gwella adlyniad cotio, a lluosogiad cyfeiriadol ac adlyniad celloedd.
Ffigur 8. Priodweddau superhydroffobig arwyneb silicon a baratowyd â laser
Fel technoleg brosesu flaengar, mae gan brosesu laser tra-gyflym nodweddion parth bach yr effeithir arno gan wres, proses aflinol o ryngweithio â deunyddiau, a phrosesu cydraniad uchel y tu hwnt i'r terfyn diffreithiant. Gall wireddu prosesu micro-nano o ansawdd uchel a manwl uchel o ddeunyddiau amrywiol. a gwneuthuriad strwythur micro-nano tri dimensiwn. Mae cyflawni gweithgynhyrchu laser o ddeunyddiau arbennig, strwythurau cymhleth a dyfeisiau arbennig yn agor llwybrau newydd ar gyfer gweithgynhyrchu micro-nano. Ar hyn o bryd, mae laser femtosecond wedi'i ddefnyddio'n helaeth mewn llawer o feysydd gwyddonol blaengar: gellir defnyddio laser femtosecond i baratoi dyfeisiau optegol amrywiol, megis araeau microlens, llygaid cyfansawdd bionig, tonnau optegol a metaarwynebau; gan ddefnyddio ei gywirdeb uchel, cydraniad uchel a Gyda galluoedd prosesu tri dimensiwn, gall laser femtosecond baratoi neu integreiddio sglodion microhylifol ac optofluidig megis cydrannau microheater a sianeli microfluidig tri dimensiwn; yn ogystal, gall laser femtosecond hefyd baratoi gwahanol fathau o ficro-nanostructures arwyneb i gyflawni swyddogaethau gwrth-fyfyrio, gwrth-fyfyrio, uwch-hydroffobig, gwrth-eising a swyddogaethau eraill; nid yn unig hynny, mae laser femtosecond hefyd wedi'i gymhwyso ym maes biofeddygaeth, gan ddangos perfformiad rhagorol mewn meysydd megis micro-stentiau biolegol, swbstradau diwylliant celloedd a delweddu microsgopig biolegol. Rhagolygon ymgeisio eang. Ar hyn o bryd, mae meysydd cymhwyso prosesu laser femtosecond yn ehangu o flwyddyn i flwyddyn. Yn ogystal â'r micro-opteg a grybwyllir uchod, microfluidics, micro-nanostructures aml-swyddogaethol a chymwysiadau peirianneg biofeddygol, mae hefyd yn chwarae rhan enfawr mewn rhai meysydd sy'n dod i'r amlwg, megis paratoi metawyneb. , gweithgynhyrchu micro-nano a storio gwybodaeth optegol aml-ddimensiwn, ac ati.
Amser post: Ebrill-17-2024
