Kvankam ultrarapidaj laseroj ekzistas jam de jardekoj, industriaj aplikoj rapide kreskis en la pasintaj du jardekoj. En 2019, la merkata valoro de ultrarapidajlasera materialoLa kosto de prilaborado estis proksimume 460 milionoj da usonaj dolaroj, kun jara kreskorapideco de 13%. Aplikaj areoj, kie ultrarapidaj laseroj estis sukcese uzitaj por prilabori industriajn materialojn, inkluzivas la fabrikadon kaj riparon de fotomasko en la semikonduktaĵa industrio, same kiel silician hakadon, vitrotranĉadon/gravuradon kaj (india stana oksido) ITO-filmforigon en konsumelektroniko kiel poŝtelefonoj kaj tabulkomputiloj, piŝtoteksturigadon por la aŭtomobila industrio, fabrikadon de koronariaj stentoj kaj fabrikadon de mikrofluidaj aparatoj por la medicina industrio.
01 Fabrikado kaj riparo de fotomaskoj en la duonkonduktaĵa industrio
Ultrarapidaj laseroj estis uzitaj en unu el la plej fruaj industriaj aplikoj en materialprilaborado. IBM raportis la aplikon de femtosekunda laserablacio en fotomaskoproduktado en la 1990-aj jaroj. Kompare kun nanosekunda laserablacio, kiu povas produkti metalajn ŝprucojn kaj vitrodifektojn, femtosekundaj lasermaskoj montras neniujn metalajn ŝprucojn, neniun vitrodifekton, ktp. La avantaĝoj. Ĉi tiu metodo estas uzata por produkti integrajn cirkvitojn (IC). Produktado de IC-ico povas postuli ĝis 30 maskojn kaj kosti pli ol 100 000 dolarojn. Femtosekunda lasera prilaborado povas prilabori liniojn kaj punktojn sub 150 nm.
Figuro 1. Fabrikado kaj riparo de fotomasko
Figuro 2. Optimumigaj rezultoj de malsamaj maskopadronoj por ekstrema ultraviola litografio
02 Siliciotranĉado en la duonkonduktaĵa industrio
Siliciaj siliciaj silabtranĉaĵoj estas norma fabrikada procezo en la duonkonduktaĵa industrio kaj estas tipe farata per mekanika tranĉado. Ĉi tiuj tranĉradoj ofte evoluigas mikrofendojn kaj malfacilas tranĉi maldikajn (ekz. dikeco < 150 μm) silabojn. Lasera tranĉado de siliciaj silaboj estas uzata en la duonkonduktaĵa industrio dum multaj jaroj, precipe por maldikaj silaboj (100-200 μm), kaj estas farata en pluraj paŝoj: lasera kanelado, sekvata de mekanika apartigo aŭ sekreta tranĉado (t.e., infraruĝa lasera radio ene de la silicia skribado) sekvata de mekanika benda apartigo. La nanosekunda pulsa lasero povas prilabori 15 silabojn hore, kaj la pikosekunda lasero povas prilabori 23 silabojn hore, kun pli alta kvalito.
03 Vitrotranĉado/skribilo en la konsumebla elektronika industrio
Tuŝekranoj kaj protektaj vitroj por poŝtelefonoj kaj tekokomputiloj fariĝas pli maldikaj kaj iuj geometriaj formoj estas kurbaj. Tio malfaciligas tradician mekanikan tranĉadon. Tipaj laseroj tipe produktas malbonan tranĉokvaliton, precipe kiam ĉi tiuj vitraj ekranoj estas stakigitaj 3-4 tavolojn kaj la supra 700 μm dika protekta vitro estas hardita, kio povas rompiĝi pro lokigita streĉo. Ultrarapidaj laseroj montriĝis kapablaj tranĉi ĉi tiujn vitrojn kun pli bona randforto. Por tranĉado de grandaj plataj paneloj, la femtosekunda lasero povas esti enfokusigita sur la malantaŭan surfacon de la vitra folio, gratante la internon de la vitro sen difekti la antaŭan surfacon. La vitro tiam povas esti rompita per mekanikaj aŭ termikaj rimedoj laŭ la skrapita ŝablono.
Figuro 3. Pikosekunda ultrarapida lasera vitro-specialforma tranĉado
04 Piŝtoteksturoj en la aŭtomobilindustrio
Malpezaj aŭtomotoroj estas faritaj el aluminio-alojoj, kiuj ne estas tiel eluziĝrezistaj kiel gisfero. Studoj trovis, ke femtosekunda lasera prilaborado de aŭtopiŝtoteksturoj povas redukti frotadon je ĝis 25%, ĉar rubo kaj oleo povas esti efike stokitaj.
Figuro 4. Femtosekunda lasera prilaborado de aŭtomotoraj piŝtoj por plibonigi motoran rendimenton
05 Fabrikado de koronariaj stentoj en la medicina industrio
Milionoj da koronariaj stentoj estas enplantitaj en la koronariajn arteriojn de la korpo por malfermi kanalon por ke sango fluu en alie koagulitajn angiojn, savante milionojn da vivoj ĉiujare. Koronaraj stentoj estas tipe faritaj el metala (ekz., rustorezista ŝtalo, nikelo-titania formo-memora alojo, aŭ pli lastatempe kobalto-kroma alojo) drata reto kun apogilo-larĝo de proksimume 100 μm. Kompare kun longpulsa lasera tranĉado, la avantaĝoj de uzado de ultrarapidaj laseroj por tranĉi krampojn estas alta tranĉkvalito, pli bona surfaca finpoluro kaj malpli da rubo, kio reduktas post-prilaborajn kostojn.
06 Fabrikado de mikrofluidaj aparatoj por la medicina industrio
Mikrofluidaj aparatoj estas ofte uzataj en la medicina industrio por malsantestado kaj diagnozo. Ĉi tiuj estas tipe fabrikitaj per mikro-injekta fandado de individuaj partoj kaj poste ligado per gluado aŭ veldado. Ultrarapida lasera fabrikado de mikrofluidaj aparatoj havas la avantaĝon produkti 3D-mikrokanalojn ene de travideblaj materialoj kiel vitro sen la bezono de konektoj. Unu metodo estas ultrarapida lasera fabrikado ene de groca vitro sekvata de malseka kemia gravurado, kaj alia estas femtosekunda lasera ablacio ene de vitro aŭ plasto en distilita akvo por forigi derompaĵojn. Alia aliro estas maŝinprilabori kanalojn en la vitran surfacon kaj sigeli ilin per vitra kovrilo per femtosekunda lasera veldado.
Figuro 6. Femtosekunda lasero-induktita selektema gravurado por prepari mikrofluidajn kanalojn ene de vitraj materialoj
07 Mikroborado de injektila ajuto
Femtosekunda lasera mikrotruomaŝinado anstataŭigis mikro-EDM ĉe multaj kompanioj en la altprema injektila merkato pro pli granda fleksebleco en ŝanĝado de fluaj truoprofiloj kaj pli mallongaj maŝinadtempoj. La kapablo aŭtomate kontroli la fokuspozicion kaj kliniĝon de la fasko per precesa skankapo kondukis al la dezajno de aperturprofiloj (ekz., barelo, ekflamo, konverĝo, diverĝo) kiuj povas antaŭenigi atomigon aŭ penetron en la brulkameron. La bortempo dependas de la ablacia volumeno, kun bordikeco de 0,2 - 0,5 mm kaj truodiametro de 0,12 - 0,25 mm, igante ĉi tiun teknikon dek fojojn pli rapida ol mikro-EDM. Mikroborado estas farata en tri etapoj, inkluzive de malglata kaj finpolurado de tra-pilotaj truoj. Argono estas uzata kiel helpa gaso por protekti la bortruon de oksidiĝo kaj ŝirmi la finan plasmon dum la komencaj etapoj.
Figuro 7. Femtosekunda lasera altpreciza prilaborado de inversa konusforma truo por dizelmotora injektilo
08 Ultra-rapida lasera teksturigado
En la lastaj jaroj, por plibonigi la precizecon de maŝinado, redukti materialajn damaĝojn kaj pliigi la efikecon de prilaborado, la kampo de mikromaŝinado iom post iom fariĝis fokuso de esploristoj. Ultrarapida lasero havas diversajn avantaĝojn de prilaborado, kiel ekzemple malalta damaĝo kaj alta precizeco, kio fariĝis la fokuso por antaŭenigi la disvolviĝon de prilabora teknologio. Samtempe, ultrarapidaj laseroj povas agi sur diversajn materialojn, kaj la materiala damaĝo per lasera prilaborado ankaŭ estas grava esplordirekto. Ultrarapida lasero estas uzata por forigi materialojn. Kiam la energidenso de la lasero estas pli alta ol la ablacia sojlo de la materialo, la surfaco de la forigita materialo montros mikro-nanostrukturon kun certaj karakterizaĵoj. Esploroj montras, ke ĉi tiu speciala surfaca strukturo estas ofta fenomeno, kiu okazas dum lasera prilaborado de materialoj. La preparado de surfacaj mikro-nanostrukturoj povas plibonigi la ecojn de la materialo mem kaj ankaŭ ebligi la disvolviĝon de novaj materialoj. Ĉi tio faras la preparadon de surfacaj mikro-nanostrukturoj per ultrarapida lasero teknika metodo kun grava disvolviĝa signifo. Nuntempe, por metalaj materialoj, esplorado pri ultrarapida lasera surfacteksturigado povas plibonigi la malsekigajn ecojn de metalsurfaco, plibonigi surfacajn frikcio- kaj eluziĝpropraĵojn, plifortigi tegaĵadheron, kaj direktan proliferadon kaj adheron de ĉeloj.
Figuro 8. Superhidrofobaj ecoj de laser-preparita silicia surfaco
Kiel pintnivela prilabora teknologio, ultrarapida lasera prilaborado havas la karakterizaĵojn de malgranda varmo-influita zono, nelineara procezo de interagado kun materialoj, kaj alt-rezolucia prilaborado preter la difrakta limo. Ĝi povas realigi altkvalitan kaj alt-precizan mikro-nano-prilaboradon de diversaj materialoj kaj tridimensian mikro-nano-strukturan fabrikadon. Atingi laseran fabrikadon de specialaj materialoj, kompleksaj strukturoj kaj specialaj aparatoj malfermas novajn vojojn por mikro-nano-fabrikado. Nuntempe, femtosekunda lasero estas vaste uzata en multaj pintnivelaj sciencaj kampoj: femtosekunda lasero povas esti uzata por prepari diversajn optikajn aparatojn, kiel ekzemple mikrolensajn arojn, bionikajn kunmetitajn okulojn, optikajn ondogvidilojn kaj metasurfacojn; uzante sian altan precizecon, altan rezolucion kaj kun tridimensiaj prilaboraj kapabloj, femtosekunda lasero povas prepari aŭ integri mikrofluidajn kaj optofluidajn ĉipojn kiel ekzemple mikrohejtilajn komponantojn kaj tridimensiajn mikrofluidajn kanalojn; krome, femtosekunda lasero ankaŭ povas prepari diversajn tipojn de surfacaj mikro-nanostrukturoj por atingi kontraŭreflektajn, kontraŭreflektajn, superhidrofobajn, kontraŭglaciajn kaj aliajn funkciojn; ne nur tio, femtosekunda lasero ankaŭ estis aplikata en la kampo de biomedicino, montrante elstaran rendimenton en kampoj kiel biologiaj mikro-stentoj, ĉelkulturaj substratoj kaj biologia mikroskopa bildigo. Larĝaj aplikaj perspektivoj. Nuntempe, la aplikaj kampoj de femtosekunda lasera prilaborado vastiĝas jaron post jaro. Aldone al la supre menciitaj mikro-optiko, mikrofluidikaĵo, multfunkciaj mikro-nanostrukturoj kaj biomedicininĝenieraj aplikoj, ĝi ankaŭ ludas grandegan rolon en iuj emerĝantaj kampoj, kiel metasurfaca preparado, mikro-nanofabrikado kaj multdimensia optika informa stokado, ktp.
Afiŝtempo: 17-a de aprilo 2024
