Laser ultraazkarrak hamarkada luzeak badira ere, azken bi hamarkadetan aplikazio industrialak azkar hazi dira. 2019an, ultrafast-en merkatuko balioalaser materialaprozesaketa 460 milioi USD gutxi gorabehera, urteko %13ko hazkunde-tasa konposatua izan zen. Industria-materialak prozesatzeko laser ultraazkarrak arrakastaz erabili diren aplikazio-eremuak erdieroaleen industrian fotomaskaren fabrikazioa eta konponketa, baita siliziozko dadoak, beira mozketa/iskriturak eta (indio eztainu oxidoa) ITO filma kentzea kontsumo-elektronikoetan, hala nola telefono mugikorretan eta tabletetan. , automozio industriarako pistoien testurizazioa, stent koronarioen fabrikazioa eta gailu mikrofluidikoaren fabrikazioa medikuntza industriarako.
01 Fotomaskaren fabrikazioa eta konponketa erdieroaleen industrian
Laser ultraazkarrak materialak prozesatzeko industria-aplikaziorik zaharrenetako batean erabili ziren. IBMk 1990eko hamarkadan fotomasken ekoizpenean femtosegundoko laser ablazioaren aplikazioa jakinarazi zuen. Nanosegundoko laser ablazioarekin alderatuta, metalezko zipriztinak eta beira kalteak sor ditzaketenak, femtosegundoko laser maskarek ez dute metalezko zipriztinrik erakusten, beirazko kalterik ez, etab. Abantailak. Metodo hau zirkuitu integratuak (IC) ekoizteko erabiltzen da. IC txipa ekoizteak 30 maskara beharko ditu eta > 100.000 $ balio du. Femtosegundoko laser prozesatzeak 150 nm-tik beherako lerroak eta puntuak prozesatu ditzake.
1. irudia. Fotomaskaren fabrikazioa eta konponketa
2. Irudia. Muturreko ultramoreen litografiarako maskara-eredu ezberdinen optimizazio-emaitzak
02 Siliziozko ebaketa erdieroaleen industrian
Siliziozko obleen zatiketa erdieroaleen industrian fabrikazio-prozesu estandarra da eta normalean zatiketa mekanikoa erabiliz egiten da. Ebaketa-gurpil hauek mikropitzadurak garatzen dituzte sarri, eta zaila da olatu meheak (adibidez, lodiera < 150 μm) moztea. Siliziozko obleen laser bidezko ebaketa erdieroaleen industrian urte askotan erabili izan da, batez ere oble meheetarako (100-200μm), eta hainbat urratsetan egiten da: laser bidezko artekadura, eta ondoren bereizketa mekanikoa edo ezkutuko ebaketa (hau da, barruko laser izpi infragorria). siliziozko trazadura) eta ondoren zinta mekanikoa bereiztea. Nanosegundo pultsuko laserrak orduko 15 ostia prozesatu ditzake eta pikosegundoko laserrak orduko 23 ostia prozesatu ditzake, kalitate handiagoarekin.
03 Beira ebaki/erraztu elektronika kontsumigarrien industrian
Telefono mugikor eta ordenagailu eramangarrientzako ukipen-pantailak eta babes-betaurrekoak gero eta meheagoak dira eta forma geometriko batzuk kurbatuak dira. Horrek ebaketa mekaniko tradizionala zaildu egiten du. Laser tipikoek ebaketa-kalitate eskasa sortzen dute, batez ere beira-pantaila hauek 3-4 geruza pilatuta daudenean eta goiko 700 μm-ko lodierako beira babesgarria tenplatuta dagoenean, lokalizatutako estresarekin hautsi daitekeena. Laser ultraazkarrak betaurreko hauek ertz-indar hobearekin mozteko gai direla frogatu da. Panel lau handietarako ebaketa egiteko, femtosegundoko laserra kristalezko xaflaren atzeko gainazalera bideratu daiteke, beiraren barrualdea urratuz aurreko gainazala kaltetu gabe. Ondoren, beira hautsi daiteke bitarteko mekanikoak edo termikoak erabiliz puntututako ereduan zehar.
3. irudia. Laser ultraazkar pikosegundoko beira forma bereziko ebaketa
04 Pistoien ehundurak automobilgintzan
Autoen motor arinak aluminiozko aleazioz eginak dira, eta ez dira burdinurtu bezain higadura erresistenteak. Ikerketek aurkitu dute autoen pistoien ehunduraren femtosegundoko laser prozesatzeak marruskadura % 25 arte murrizten duela, hondakinak eta olioa modu eraginkorrean gorde daitezkeelako.
4. Irudia. Automobilaren motorraren pistoien femtosegundoko laser prozesatzea, motorraren errendimendua hobetzeko
05 Stent koronarioen fabrikazioa medikuntza-industrian
Milioika stent koronario txertatzen dira gorputzaren arteria koronarioetan odola bestela koagulatuta dauden ontzietara isurtzeko kanal bat irekitzeko, eta urtero milioika bizitza salbatzen dira. Stent koronarioak normalean metalezko (adibidez, altzairu herdoilgaitza, nikel-titanioa memoria-aleazioa edo, berriki, kobalto-kromo aleazioa) alanbre-sarez eginak dira, gutxi gorabehera 100 μm-ko strut zabalera duena. Pultsu luzeko laser ebaketarekin alderatuta, parentesiak mozteko laser ultraazkarrak erabiltzearen abantailak ebaketa-kalitate handia, gainazaleko akabera hobea eta hondakin gutxiago dira, eta horrek prozesatzeko ondorengo kostuak murrizten ditu.
06 Gailu mikrofluidikoak fabrikatzea medikuntza industriarako
Gaixo mikrofluidikoak gaixotasunak probatzeko eta diagnostikatzeko erabili ohi dira mediku-industrian. Hauek normalean pieza indibidualen mikro-injekzioaren bidez fabrikatzen dira eta, ondoren, itsaspen edo soldadura erabiliz lotzen dira. Gailu mikrofluidikoen laser fabrikazio azkarrak 3D mikrokanalak ekoizteko abantaila du beira bezalako material gardenetan, konexiorik beharrik gabe. Metodo bat laser fabrikazio ultraazkarra da beira ontziratu baten barruan eta ondoren grabaketa kimiko hezea, eta beste bat femtosegundoko laser bidezko ablazioa beira edo plastikoaren barruan ur destilatuan hondakinak kentzeko. Beste ikuspegi bat kanalak beira gainazalean mekanizatu eta beirazko estalki batekin zigilatzea da, femtosegundoko laser bidezko soldadura bidez.
6. Irudia. Femtosegundoko laser bidezko grabaketa selektiboa beirazko materialen barruan kanal mikrofluidikoak prestatzeko
07 Injekzio-toberaren mikro zulaketa
Femtosegundoko laser mikrozuloen mekanizazioak mikro-EDM ordezkatu du presio altuko injektoreen merkatuko enpresa askotan, fluxu-zuloen profilak aldatzeko malgutasun handiagoa eta mekanizazio denbora laburragoak direlako. Fokuaren posizioa eta habearen okertzea automatikoki kontrolatzeko gaitasunak aurreskuatze-buru baten bidez irekidura-profilen diseinua ekarri du (adibidez, kanoia, erlantz, konbergentzia, dibergentzia), atomizazioa edo errekuntza-ganberan sartzea sustatu dezaketenak. Zulaketa-denbora ablazioaren bolumenaren araberakoa da, zulaketaren lodiera 0,2 - 0,5 mm eta zuloaren diametroa 0,12 - 0,25 mm-koa izanik, teknika hau mikro-EDM baino hamar aldiz azkarragoa da. Mikro-zulaketak hiru fasetan egiten dira, zulo pilotuen zuloa eta akabera barne. Argona gas laguntzaile gisa erabiltzen da zundaketa oxidaziotik babesteko eta hasierako faseetan azken plasma babesteko.
7. Irudia. Femtosegundoko laser bidezko zehaztasun handiko prozesatzea diesel motorraren injekziorako alderantzizko zuloaren konoa
08 Laser testuratze ultra-azkarra
Azken urteotan, mekanizazioaren zehaztasuna hobetzeko, materialaren kalteak murrizteko eta prozesatzeko eraginkortasuna areagotzeko, mikromekanizazioaren eremua ikertzaileen ardatz bihurtu da pixkanaka. Laser ultraazkarrak prozesatzeko hainbat abantaila ditu, hala nola, kalte txikia eta doitasun handia, prozesatzeko teknologiaren garapena sustatzeko ardatz bihurtu dena. Aldi berean, laser ultraazkarrek material ezberdinetan jarduteko aukera dute, eta laser prozesatzeko materialaren kaltea ere ikerketaren norabide nagusia da. Laser ultra-azkarra materialak kentzeko erabiltzen da. Laserraren energia-dentsitatea materialaren ablazioaren atalasea baino handiagoa denean, ablazio-materialaren gainazalean ezaugarri jakin batzuk dituen mikro-nano egitura bat erakutsiko da. Ikerketek erakusten dute gainazaleko Egitura berezi hau laser bidezko materialak prozesatzen direnean gertatzen den fenomeno arrunta dela. Azaleko mikro-nano egiturak prestatzeak materialaren beraren propietateak hobetu ditzake eta material berriak garatzea ere ahalbidetzen du. Horrek gainazaleko mikro-nano egiturak laser ultraazkarren bidez prestatzea garapen garrantzi handiko metodo teknikoa bihurtzen du. Gaur egun, metalezko materialen kasuan, laser ultraazkarren gainazaleko testuraketari buruzko ikerketek metalaren gainazalaren bustiduraren propietateak hobetu ditzakete, gainazaleko marruskadura eta higadura propietateak hobetu, estalduraren atxikimendua hobetu eta zelulen norabide-ugalketa eta atxikimendua hobetu.
8. Irudia. Laser bidez prestatutako silizio-azalen propietate superhidrofoboak
Prozesatzeko punta-puntako teknologia denez, laser prozesamendu ultraazkarrak beroak eragindako zona txikiaren ezaugarriak ditu, materialen elkarrekintza prozesu ez-lineala eta bereizmen handiko prozesatzea difrakzio mugatik haratago. Kalitate handiko eta zehaztasun handiko mikro-nano prozesatzea gauzatu daiteke hainbat materialen. eta hiru dimentsioko mikro-nano egituraren fabrikazioa. Material berezien, egitura konplexuen eta gailu berezien laser fabrikazioa lortzeak bide berriak irekitzen ditu mikro-nano fabrikaziorako. Gaur egun, femtosegundoko laserra oso erabilia izan da punta-puntako arlo zientifiko askotan: femtosegundoko laserra hainbat gailu optiko prestatzeko erabil daiteke, hala nola mikrolenteen arrayak, begi konposatu bionikoak, uhin-gida optikoak eta metagainazalak; bere doitasun handiko, bereizmen handiko eta hiru dimentsioko prozesatzeko gaitasunekin, femtosegundoko laserrak txip mikrofluidikoak eta optofluidikoak prestatu edo integra ditzake, hala nola, mikroberogailuaren osagaiak eta hiru dimentsioko kanal mikrofluidikoak; Horrez gain, femtosegundoko laserrak gainazaleko mikro-nanoegitura mota desberdinak ere prestatu ditzake islapenaren aurkakoa, islaren aurkakoa, superhidrofoboa, izotzaren aurkakoa eta beste funtzio batzuk lortzeko; ez hori bakarrik, biomedikuntzaren alorrean femtosegundoko laserra ere aplikatu da, mikro-stent biologikoak, zelula-hazkuntzako substratuak eta irudi mikroskopiko biologikoak bezalako alorretan errendimendu bikaina erakutsiz. Aplikaziorako aukera zabalak. Gaur egun, femtosegundoko laser prozesatzeko aplikazio eremuak urtez urte zabaltzen ari dira. Aipatutako mikrooptikak, mikrofluidikak, funtzio anitzeko mikro-nanoegiturak eta ingeniaritza biomedikoko aplikazioez gain, zeresan handia du sortzen ari diren zenbait esparrutan, hala nola, metagainazaleko prestaketan. , mikro-nano fabrikazioa eta dimentsio anitzeko informazio optikoa biltegiratzea, etab.
Argitalpenaren ordua: 2024-04-17
