Ultrafast lazerlar o'nlab yillar davomida mavjud bo'lsa-da, so'nggi yigirma yil ichida sanoat ilovalari tez sur'atlar bilan o'sdi. 2019 yilda ultrafastning bozor qiymatilazer materiallariqayta ishlash taxminan 460 million AQSH dollarini tashkil etdi, yillik o'sish sur'ati 13% ni tashkil etdi. Sanoat materiallarini qayta ishlash uchun ultratezkor lazerlar muvaffaqiyatli qo'llanilgan sohalarga yarimo'tkazgich sanoatida fotomaskalar ishlab chiqarish va ta'mirlash, shuningdek, kremniyni kesish, shisha kesish / chizish va (indiy qalay oksidi) uyali telefonlar va planshetlar kabi maishiy elektronikada ITO plyonkalarini olib tashlash kiradi. , avtomobil sanoati uchun pistonli tekstura, koronar stent ishlab chiqarish va tibbiyot sanoati uchun mikrosuyuqlik moslamalarini ishlab chiqarish.
01 Yarimo'tkazgich sanoatida fotomaska ishlab chiqarish va ta'mirlash
Ultrafast lazerlar materiallarni qayta ishlashda eng qadimgi sanoat ilovalaridan birida ishlatilgan. IBM 1990-yillarda fotomaska ishlab chiqarishda femtosekundli lazer ablasyonini qo'llash haqida xabar berdi. Nanosoniyali lazerli ablasyon bilan solishtirganda, metallning chayqalishi va shisha shikastlanishi mumkin bo'lsa, femtosekundli lazer maskalari metall chayqalmaydi, shisha shikastlanmaydi va hokazo. Afzalliklari. Bu usul integral mikrosxemalar (IC) ishlab chiqarish uchun ishlatiladi. IC chipini ishlab chiqarish 30 tagacha niqobni talab qilishi mumkin va narxi > 100 000 dollarni tashkil qiladi. Femtosekund lazer bilan ishlov berish 150nm dan past bo'lgan chiziqlar va nuqtalarni qayta ishlashi mumkin.
Rasm 1. Fotomaskani yasash va ta'mirlash
Shakl 2. Ekstremal ultrabinafsha litografiya uchun turli xil niqob naqshlarini optimallashtirish natijalari
02 Yarimo'tkazgich sanoatida kremniyni kesish
Silikon gofretni kesish yarimo'tkazgich sanoatida standart ishlab chiqarish jarayoni bo'lib, odatda mexanik kesish yordamida amalga oshiriladi. Ushbu kesish g'ildiraklarida ko'pincha mikro yoriqlar paydo bo'ladi va ingichka (masalan, qalinligi < 150 mkm) gofretlarni kesish qiyin. Kremniy plastinalarni lazer bilan kesish ko'p yillar davomida yarimo'tkazgich sanoatida, ayniqsa yupqa gofretlar uchun (100-200 mkm) qo'llanilgan va bir necha bosqichda amalga oshiriladi: lazerli yiv ochish, keyin mexanik ajratish yoki yashirin kesish (ya'ni ichidagi infraqizil lazer nurlari) kremniy yozuvi) keyin mexanik lentani ajratish. Nanosoniyali pulsli lazer soatiga 15 ta gofretni, pikosoniyali lazer esa yuqori sifat bilan soatiga 23 ta gofretni qayta ishlay oladi.
03 Iste'mol qilinadigan elektronika sanoatida shisha kesish/chizish
Mobil telefonlar va noutbuklar uchun sensorli ekranlar va himoya ko'zoynaklar yupqalashib, ba'zi geometrik shakllar qiyshiq. Bu an'anaviy mexanik kesishni qiyinlashtiradi. Odatda lazerlar odatda sifatsiz kesish sifatini ishlab chiqaradi, ayniqsa, bu shisha displeylar 3-4 qatlamdan iborat bo'lganda va yuqori 700 mkm qalinlikdagi himoya oynasi qattiqlashtirilganda, bu mahalliy stress bilan sinishi mumkin. Ultrafast lazerlar bu ko'zoynaklarni yaxshi chekka kuchi bilan kesishga qodir ekanligi ko'rsatildi. Katta tekis panelni kesish uchun femtosekundli lazer shisha plitaning orqa yuzasiga qaratilishi mumkin, old yuzasiga zarar bermasdan shishaning ichki qismini chizish. Keyin oynani mexanik yoki termal vositalar yordamida sindirish mumkin.
Shakl 3. Pikosekundli ultratez lazerli shisha maxsus shakldagi kesish
04 Avtomobil sanoatida piston teksturalari
Yengil avtomobil dvigatellari alyuminiy qotishmalaridan tayyorlanadi, ular quyma temir kabi aşınmaya bardoshli emas. Tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, avtomobil pistonining teksturalarini femtosekundda lazer bilan qayta ishlash ishqalanishni 25% gacha kamaytirishi mumkin, chunki axlat va moyni samarali saqlash mumkin.
Shakl 4. Dvigatel ish faoliyatini yaxshilash uchun avtomobil dvigatelining pistonlarini femtosekund lazer bilan qayta ishlash
05 Tibbiyot sanoatida koronar stent ishlab chiqarish
Millionlab koronar stentlar tananing koronar arteriyalariga o'rnatiladi, bu esa har yili millionlab odamlarning hayotini saqlab qoladi. Koronar stentlar odatda metalldan (masalan, zanglamaydigan po'latdan, nikel-titan shaklidagi xotira qotishmasidan yoki yaqinda kobalt-xrom qotishmasidan) tirgak kengligi taxminan 100 mkm bo'lgan sim to'rdan tayyorlanadi. Uzoq pulsli lazerni kesish bilan solishtirganda, qavslarni kesish uchun ultra tezkor lazerlardan foydalanishning afzalliklari yuqori sifatli kesish, sirtni yaxshilash va kamroq qoldiqlardir, bu esa ishlov berishdan keyingi xarajatlarni kamaytiradi.
06 Tibbiyot sanoati uchun mikrosuyuqlik moslamalarini ishlab chiqarish
Mikrofluidik qurilmalar odatda tibbiyot sanoatida kasalliklarni tekshirish va tashxislash uchun ishlatiladi. Ular odatda alohida qismlarni mikro-in'ektsion kalıplama va keyin yopishtirish yoki payvandlash yordamida yopishtirish orqali ishlab chiqariladi. Mikrofluidik qurilmalarni o'ta tezkor lazer yordamida ishlab chiqarish shisha kabi shaffof materiallar ichida ulanishlarsiz 3D mikrokanallarni ishlab chiqarish afzalligiga ega. Bir usul - bu katta shisha ichida ultra tez lazer ishlab chiqarish, so'ngra ho'l kimyoviy ishlov berish, ikkinchisi esa qoldiqlarni olib tashlash uchun distillangan suvda shisha yoki plastmassa ichida femtosekund lazer ablasyonu. Yana bir yondashuv - bu kanallarni shisha yuzasiga ishlov berish va ularni femtosekundli lazerli payvandlash orqali shisha qopqoq bilan yopish.
Shakl 6. Shisha materiallari ichida mikrosuyuq kanallarni tayyorlash uchun femtosekundli lazer yordamida selektiv qirqish
07 Injektor nozulini mikro burg'ulash
Femtosekundli lazerli mikroteshiklarni qayta ishlash yuqori bosimli injektorlar bozoridagi ko'plab kompaniyalarda oqim teshiklari profillarini o'zgartirishda ko'proq moslashuvchanlik va qisqa ishlov berish vaqtlari tufayli mikro-EDM o'rnini egalladi. Skanerlash boshi orqali nurning fokus holatini va egilishini avtomatik ravishda boshqarish qobiliyati yonish kamerasiga atomizatsiya yoki penetratsiyani ta'minlaydigan diafragma profillarini (masalan, barrel, olov, konvergentsiya, divergentsiya) dizayniga olib keldi. Burg'ilash vaqti ablasyon hajmiga bog'liq bo'lib, burg'ulash qalinligi 0,2 - 0,5 mm va teshik diametri 0,12 - 0,25 mm bo'lib, bu texnikani mikro-EDMga qaraganda o'n baravar tezroq qiladi. Mikro burg'ulash uch bosqichda amalga oshiriladi, jumladan, uchuvchi teshiklarni qo'pol ishlov berish va tugatish. Argon quduqni oksidlanishdan himoya qilish va dastlabki bosqichlarda oxirgi plazmani himoya qilish uchun yordamchi gaz sifatida ishlatiladi.
Shakl 7. Dizel dvigatel injektori uchun teskari konusning teshigini femtosekundli lazerli yuqori aniqlikdagi ishlov berish
08 Ultra tez lazer teksturasi
So'nggi yillarda ishlov berishning aniqligini oshirish, moddiy zararni kamaytirish va qayta ishlash samaradorligini oshirish uchun mikro ishlov berish sohasi asta-sekin tadqiqotchilarning diqqat markaziga aylandi. Ultrafast lazer past zarar va yuqori aniqlik kabi turli xil ishlov berish afzalliklariga ega, bu esa qayta ishlash texnologiyasini rivojlantirishni rag'batlantirish markaziga aylandi. Shu bilan birga, ultrafast lazerlar turli xil materiallarga ta'sir qilishi mumkin va lazerni qayta ishlash moddiy zarar ham asosiy tadqiqot yo'nalishi hisoblanadi. Ultrafast lazer materiallarni kesish uchun ishlatiladi. Lazerning energiya zichligi materialning ablasyon chegarasidan yuqori bo'lsa, ablatsiya qilingan materialning yuzasi ma'lum xususiyatlarga ega mikro-nano tuzilmani ko'rsatadi. Tadqiqotlar shuni ko'rsatadiki, bu maxsus sirt tuzilishi materiallarni lazer bilan qayta ishlashda yuzaga keladigan keng tarqalgan hodisa. Yuzaki mikro-nano tuzilmalarni tayyorlash materialning xususiyatlarini yaxshilashi va yangi materiallarni ishlab chiqish imkonini beradi. Bu ultrafast lazer yordamida sirt mikro-nano tuzilmalarini tayyorlashni muhim rivojlanish ahamiyatiga ega bo'lgan texnik usulga aylantiradi. Hozirgi vaqtda metall materiallar uchun ultrafast lazerli sirt teksturasi bo'yicha tadqiqotlar metall sirtini namlash xususiyatlarini yaxshilash, sirt ishqalanish va aşınma xususiyatlarini yaxshilash, qoplamaning yopishishini va hujayralarning yo'nalishli proliferatsiyasi va yopishishini kuchaytirishi mumkin.
Shakl 8. Lazer bilan tayyorlangan kremniy sirtining superhidrofobik xususiyatlari
Ilg'or ishlov berish texnologiyasi sifatida ultrafast lazerli ishlov berish kichik issiqlik ta'sir qiladigan zona, materiallar bilan o'zaro ta'sir qilishning chiziqli bo'lmagan jarayoni va diffraktsiya chegarasidan tashqarida yuqori aniqlikdagi ishlov berish xususiyatlariga ega. U turli materiallarni yuqori sifatli va yuqori aniqlikdagi mikro-nano ishlov berishni amalga oshirishi mumkin. va uch o'lchovli mikro-nano tuzilmalarni ishlab chiqarish. Maxsus materiallar, murakkab tuzilmalar va maxsus qurilmalarni lazer yordamida ishlab chiqarishga erishish mikro-nano ishlab chiqarish uchun yangi yo‘llarni ochadi. Hozirgi vaqtda femtosekundli lazer ko'plab ilg'or ilmiy sohalarda keng qo'llanilmoqda: femtosekund lazer turli xil optik qurilmalarni tayyorlash uchun ishlatilishi mumkin, masalan, mikrolinzalar massivlari, bionik birikma ko'zlari, optik to'lqin o'tkazgichlari va metasurfaslar; o'zining yuqori aniqligi, yuqori aniqligi va uch o'lchovli qayta ishlash imkoniyatlaridan foydalangan holda, femtosekundli lazer mikroisitgich komponentlari va uch o'lchovli mikrosuyuqlik kanallari kabi mikrosuyuqlik va optoluidik chiplarni tayyorlashi yoki birlashtirishi mumkin; Bundan tashqari, femtosekund lazer ham aks ettirishga qarshi, aks ettirishga qarshi, super-hidrofobik, muzlashga qarshi va boshqa funktsiyalarga erishish uchun turli xil sirt mikro-nanostrukturalarini tayyorlashi mumkin; nafaqat bu, balki femtosekundli lazer biotibbiyot sohasida ham qo'llanilib, biologik mikro-stentlar, hujayra madaniyati substratlari va biologik mikroskopik tasvirlash kabi sohalarda ajoyib samaradorlikni ko'rsatdi. Keng qo'llash istiqbollari. Hozirgi vaqtda femtosekundli lazerni qayta ishlashning qo'llanilish sohalari yildan-yilga kengayib bormoqda. Yuqorida aytib o'tilgan mikro-optika, mikrofluidika, ko'p funktsiyali mikro-nanostrukturalar va biotibbiyot muhandislik dasturlariga qo'shimcha ravishda, u metasurface tayyorlash kabi ba'zi rivojlanayotgan sohalarda ham katta rol o'ynaydi. , mikro-nano ishlab chiqarish va ko'p o'lchovli optik ma'lumotlarni saqlash va boshqalar.
Yuborilgan vaqt: 2024 yil 17 aprel
