Ultra hızlı lazerler onlarca yıldır piyasada olmasına rağmen endüstriyel uygulamalar son yirmi yılda hızla arttı. 2019 yılında ultrafast'ın piyasa değerilazer malzemesiişleme, yıllık %13'lük bileşik büyüme oranıyla yaklaşık 460 milyon ABD doları oldu. Ultra hızlı lazerlerin endüstriyel malzemeleri işlemek için başarıyla kullanıldığı uygulama alanları arasında yarı iletken endüstrisinde fotomask üretimi ve onarımının yanı sıra cep telefonları ve tabletler gibi tüketici elektroniklerinde silikon dilimleme, cam kesme/çizme ve (indiyum kalay oksit) ITO filmi çıkarma yer alır. , otomotiv endüstrisi için piston dokulandırma, tıp endüstrisi için koroner stent üretimi ve mikroakışkan cihaz üretimi.
01 Yarı iletken endüstrisinde fotomask üretimi ve onarımı
Ultra hızlı lazerler, malzeme işlemedeki en eski endüstriyel uygulamalardan birinde kullanıldı. IBM, 1990'larda fotoğraf maskesi üretiminde femtosaniye lazer ablasyonunun uygulandığını bildirdi. Metal sıçraması ve cam hasarı oluşturabilen nanosaniye lazer ablasyon ile karşılaştırıldığında, femtosaniye lazer maskeleri metal sıçraması, cam hasarı vs. göstermez. Avantajları. Bu yöntem entegre devreler (IC'ler) üretmek için kullanılır. Bir IC çipi üretmek 30'a kadar maske gerektirebilir ve maliyeti 100.000 dolardan fazla olabilir. Femtosaniye lazer işleme, 150 nm'nin altındaki çizgileri ve noktaları işleyebilir.
Şekil 1. Fotomask imalatı ve onarımı
Şekil 2. Aşırı ultraviyole litografi için farklı maske modellerinin optimizasyon sonuçları
02 Yarı iletken endüstrisinde silikon kesimi
Silikon levha dilimleme, yarı iletken endüstrisinde standart bir üretim işlemidir ve genellikle mekanik dilimleme kullanılarak gerçekleştirilir. Bu kesme disklerinde sıklıkla mikro çatlaklar oluşur ve ince (örn. kalınlık < 150 μm) levhaların kesilmesi zordur. Silikon levhaların lazerle kesilmesi, yarı iletken endüstrisinde, özellikle ince levhalar (100-200μm) için uzun yıllardır kullanılmaktadır ve birden fazla adımda gerçekleştirilir: lazerle kanal açma, ardından mekanik ayırma veya gizli kesme (örn. kızılötesi lazer ışını içeride) silikon çizme) ardından mekanik bant ayırma yapılır. Nanosaniye darbeli lazer saatte 15 levha işleyebilir ve pikosaniye lazer saatte 23 levhayı daha yüksek kalitede işleyebilir.
03 Sarf malzemesi elektronik endüstrisinde cam kesme/çizme
Cep telefonları ve dizüstü bilgisayarlar için dokunmatik ekranlar ve koruyucu gözlükler inceliyor ve bazı geometrik şekiller kavisli hale geliyor. Bu, geleneksel mekanik kesimi daha da zorlaştırır. Tipik lazerler, özellikle bu cam ekranlar 3-4 katman halinde istiflendiğinde ve üstteki 700 μm kalınlığındaki koruyucu cam temperlendiğinde, lokal stresle kırılabilen, tipik olarak düşük kesim kalitesi üretir. Ultra hızlı lazerlerin bu camları daha iyi kenar mukavemetiyle kesebildiği gösterilmiştir. Büyük düz panel kesimi için femtosaniye lazer, cam levhanın arka yüzeyine odaklanarak ön yüzeye zarar vermeden camın içini çizebilir. Daha sonra cam, çentikli desen boyunca mekanik veya termal araçlar kullanılarak kırılabilir.
Şekil 3. Pikosaniyelik ultra hızlı lazer cam özel şekilli kesim
04 Otomotiv endüstrisindeki piston dokuları
Hafif otomobil motorları, aşınmaya dökme demir kadar dayanıklı olmayan alüminyum alaşımlarından yapılmıştır. Araştırmalar, arabanın piston dokularının femtosaniye lazerle işlenmesinin, döküntü ve yağın etkili bir şekilde depolanabilmesi nedeniyle sürtünmeyi %25'e kadar azaltabildiğini buldu.
Şekil 4. Motor performansını artırmak için otomobil motoru pistonlarının femtosaniye lazerle işlenmesi
05 Tıp sektöründe koroner stent üretimi
Kanın pıhtılaşacak damarlara akması için bir kanal açmak amacıyla vücudun koroner arterlerine milyonlarca koroner stent implante ediliyor ve her yıl milyonlarca hayat kurtarılıyor. Koroner stentler tipik olarak yaklaşık 100 μm dikme genişliğine sahip metal (örneğin, paslanmaz çelik, nikel-titanyum şekil hafızalı alaşım veya daha yakın zamanda kobalt-krom alaşımı) tel ağdan yapılır. Uzun darbeli lazer kesimle karşılaştırıldığında, braketleri kesmek için ultra hızlı lazer kullanmanın avantajları yüksek kesim kalitesi, daha iyi yüzey kalitesi ve daha az döküntüdür; bu da işlem sonrası maliyetleri azaltır.
06 Tıp endüstrisi için mikroakışkan cihaz üretimi
Mikroakışkan cihazlar tıp endüstrisinde hastalık testi ve teşhisi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Bunlar tipik olarak tek tek parçaların mikro enjeksiyonla kalıplanması ve ardından yapıştırma veya kaynak kullanılarak yapıştırılmasıyla üretilir. Mikroakışkan cihazların ultra hızlı lazerle üretimi, bağlantılara ihtiyaç duymadan cam gibi şeffaf malzemeler içinde 3 boyutlu mikrokanallar üretme avantajına sahiptir. Yöntemlerden biri, toplu bir camın içinde ultra hızlı lazer üretimi ve ardından ıslak kimyasal dağlamadır; diğeri ise kalıntıları gidermek için cam veya plastik içinde damıtılmış su içinde femtosaniye lazer ablasyonudur. Diğer bir yaklaşım ise, cam yüzeye kanallar açmak ve bunları femtosaniye lazer kaynağı yoluyla bir cam kapakla kapatmaktır.
Şekil 6. Cam malzemelerin içindeki mikroakışkan kanalları hazırlamak için femtosaniye lazer kaynaklı seçici aşındırma
07 Enjektör memesinin mikro delinmesi
Femtosaniye lazer mikro delik işleme, akış deliği profillerinin değiştirilmesinde daha fazla esneklik ve daha kısa işleme süreleri nedeniyle yüksek basınçlı enjektör pazarındaki birçok şirkette mikro EDM'nin yerini almıştır. Odak konumunu ve ışının eğimini, devinimli bir tarama kafası aracılığıyla otomatik olarak kontrol etme yeteneği, yanma odasında atomizasyonu veya nüfuzu teşvik edebilen açıklık profillerinin (örneğin namlu, parlama, yakınsama, ıraksaklık) tasarlanmasına yol açmıştır. Delme süresi ablasyon hacmine bağlıdır; matkap kalınlığı 0,2 – 0,5 mm ve delik çapı 0,12 – 0,25 mm olup bu teknik mikro EDM'den on kat daha hızlıdır. Mikro delme, pilot deliklerin kaba işlenmesi ve bitirilmesi de dahil olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilir. Argon, sondaj deliğini oksidasyondan korumak ve başlangıç aşamaları sırasında nihai plazmayı korumak için yardımcı gaz olarak kullanılır.
Şekil 7. Dizel motor enjektörü için ters konik deliğin femtosaniye lazerle yüksek hassasiyetle işlenmesi
08 Ultra hızlı lazer dokulandırma
Son yıllarda işleme doğruluğunu artırmak, malzeme hasarını azaltmak ve işleme verimliliğini artırmak amacıyla mikro işleme alanı giderek araştırmacıların odak noktası haline geldi. Ultra hızlı lazer, işleme teknolojisinin gelişimini teşvik etmenin odak noktası haline gelen düşük hasar ve yüksek hassasiyet gibi çeşitli işleme avantajlarına sahiptir. Aynı zamanda, ultra hızlı lazerler çeşitli malzemeler üzerinde etkili olabilir ve lazerle malzeme hasarı işlemek de önemli bir araştırma yönüdür. Malzemeleri aşındırmak için ultra hızlı lazer kullanılır. Lazerin enerji yoğunluğu malzemenin ablasyon eşiğinden yüksek olduğunda, ablasyon yapılan malzemenin yüzeyi belirli özelliklere sahip bir mikro-nano yapı gösterecektir. Araştırmalar, bu özel yüzey yapısının, malzemeleri lazerle işlerken ortaya çıkan yaygın bir olay olduğunu göstermektedir. Yüzey mikro-nano yapılarının hazırlanması malzemenin kendi özelliklerini geliştirebildiği gibi yeni malzemelerin geliştirilmesine de olanak sağlayabilir. Bu, yüzey mikro-nano yapılarının ultra hızlı lazerle hazırlanmasını önemli bir gelişme önemine sahip teknik bir yöntem haline getirir. Şu anda, metal malzemeler için, ultra hızlı lazer yüzey dokulandırma üzerine yapılan araştırmalar, metal yüzeyin ıslatma özelliklerini geliştirebilir, yüzey sürtünmesini ve aşınma özelliklerini geliştirebilir, kaplama yapışmasını ve hücrelerin yönlü çoğalmasını ve yapışmasını geliştirebilir.
Şekil 8. Lazerle hazırlanan silikon yüzeyin süperhidrofobik özellikleri
En ileri işleme teknolojisi olarak ultra hızlı lazer işleme, ısıdan etkilenen küçük bölge, malzemelerle doğrusal olmayan etkileşim süreci ve kırınım sınırının ötesinde yüksek çözünürlüklü işleme özelliklerine sahiptir. Çeşitli malzemelerin yüksek kaliteli ve yüksek hassasiyette mikro-nano işlenmesini gerçekleştirebilir. ve üç boyutlu mikro-nano yapı imalatı. Özel malzemelerin, karmaşık yapıların ve özel cihazların lazerle üretilmesi, mikro nano üretim için yeni yollar açıyor. Şu anda, femtosaniye lazer birçok ileri bilimsel alanda yaygın olarak kullanılmaktadır: femtosaniye lazer, mikrolens dizileri, biyonik bileşik gözler, optik dalga kılavuzları ve metayüzeyler gibi çeşitli optik cihazların hazırlanmasında kullanılabilir; Femtosaniye lazer, yüksek hassasiyetini, yüksek çözünürlüğünü kullanarak ve üç boyutlu işleme yetenekleriyle, mikro ısıtıcı bileşenleri ve üç boyutlu mikroakışkan kanallar gibi mikroakışkan ve optoakışkan çipleri hazırlayabilir veya entegre edebilir; Ek olarak, femtosaniye lazer aynı zamanda yansıma önleyici, yansıma önleyici, süper hidrofobik, buzlanma önleyici ve diğer işlevleri gerçekleştirmek için farklı türde yüzey mikro nanoyapıları da hazırlayabilir; Sadece bu da değil, femtosaniye lazer aynı zamanda biyotıp alanında da uygulanmakta olup biyolojik mikro stentler, hücre kültürü substratları ve biyolojik mikroskobik görüntüleme gibi alanlarda olağanüstü performans göstermektedir. Geniş uygulama beklentileri. Günümüzde femtosaniye lazer işleminin uygulama alanları her geçen yıl genişlemektedir. Yukarıda bahsedilen mikro-optik, mikroakışkanlar, çok fonksiyonlu mikro-nanoyapılar ve biyomedikal mühendislik uygulamalarına ek olarak, metayüzey hazırlığı gibi yeni ortaya çıkan bazı alanlarda da büyük rol oynamaktadır. , mikro nano üretim ve çok boyutlu optik bilgi depolama vb.
Gönderim zamanı: Nis-17-2024
