Ancu se i laser ultrarapidi sò stati attornu per decennii, l'applicazioni industriali anu cresciutu rapidamente in l'ultimi dui decennii. In 2019, u valore di u mercatu di ultrafastmateriale lasera trasfurmazioni era di circa 460 milioni di $, cù una crescita annuale composta di 13%. I settori di applicazione induve i laser ultraveloci sò stati aduprati cù successu per processà materiali industriali includenu a fabricazione è a riparazione di fotomaschere in l'industria di i semiconduttori, è ancu a taglio di siliciu, taglio / scrittura di vetru è (ossidu d'indiu stagno) a rimozione di film ITO in l'elettronica di cunsumu cum'è i telefoni cellulari è tablette. , testurizazione di pistoni per l'industria automobilistica, fabricazione di stent coronari è fabricazione di dispositivi microfluidici per l'industria medica.
01 Fabbricazione è riparazione di fotomaschere in l'industria di i semiconduttori
I laser ultrarapidi sò stati usati in una di e prime applicazioni industriali in a trasfurmazioni di materiali. IBM hà riportatu l'applicazione di l'ablazione laser femtosecondu in a produzzione di fotomaschere in l'anni 1990. In cunfrontu cù l'ablation laser nanosecondu, chì ponu pruduce spruzzi di metalli è danni di vetru, maschere laser femtosecondi ùn mostranu micca spruzzi di metalli, nè danni di vetru, etc.. I vantaghji. Stu metudu hè usatu per pruduce circuiti integrati (IC). A pruduzzione di un chip IC pò esse bisognu di 30 maschere è costu> $ 100,000. U processu laser di Femtosecondu pò processà linee è punti sottu à 150nm.
Figura 1. Fabbricazione è riparazione di Photomask
Figura 2. I risultati di l'ottimisazione di diversi mudelli di maschera per a litografia ultravioletta estrema
02 Taglio di siliciu in l'industria di i semiconduttori
U silicu wafer dicing hè un prucessu di fabricazione standard in l'industria di i semiconduttori è hè tipicamente realizatu cù dicing meccanicu. Sti roti di taglio spessu sviluppanu microcracks è sò difficiuli di cutà sottili (per esempiu, spessore < 150 μm) wafers. U taglio laser di wafers di siliciu hè stata utilizata in l'industria di i semiconduttori per parechji anni, in particulare per wafers sottili (100-200μm), è hè realizatu in parechje tappe: scanalatura laser, seguita da separazione meccanica o taglio furtivu (vale à dì fasciu laser infrarossu à l'internu). l'incisione in silicone) seguita da a separazione meccanica di a cinta. U laser di impulsu nanosecondu pò processà 15 wafers per ora, è u laser picosecondu pò processà 23 wafers per ora, cù una qualità più alta.
03 Tagliatura / scrittura di vetru in l'industria di l'elettronica di cunsumu
I schermi tattili è i vetri protettivi per i telefunini è i laptops sò diventati più sottili è alcune forme geometriche sò curve. Questu rende u tagliu meccanicu tradiziunale più difficiule. I laser tipici producenu tipicamente una scarsa qualità di taglio, soprattuttu quandu questi vetri di vetru sò impilati 3-4 strati è u vetru protettivu di 700 μm di grossu superiore hè temperatu, chì pò rompe cù u stress localizatu. I laser ultrarapidi sò stati dimustrati per esse capaci di taglià questi vetri cù una forza di punta megliu. Per un grande tagliu di pannellu pianu, u laser femtosecondu pò esse focu annantu à a superficia posteriore di u vetru di vetru, graffiendu l'internu di u vetru senza dannu a superficia frontale. U vetru pò esse rottu cù i mezi meccanichi o termali longu u patronu marcatu.
Figura 3. Picosecond ultrafast laser glass taglio speciale-forma
04 Texture di pistoni in l'industria di l'automobile
I motori di vittura ligeri sò fatti di aleaghji d'aluminiu, chì ùn sò micca resistenti à l'usura cum'è u ferru. I studii anu truvatu chì u processu laser di femtosecondu di texture di pistoni di vittura pò riduce l'attrito finu à u 25% perchè i detriti è l'oliu ponu esse almacenati in modu efficace.
Figura 4. Trattamentu laser femtosecondu di pistoni di u mutore di l'automobile per migliurà u rendiment di u mutore
05 Fabbricazione di stent coronari in l'industria medica
Milioni di stent coronari sò impiantati in l'arteria coronaria di u corpu per apre un canale per chì u sangue scorri in vasi altrimenti coagulati, salvendu milioni di vite ogni annu. Stent coronary sò tipicamente fatti di metalli (per esempiu, acciaio inox, lega di memoria di forma di nickel-titanium, o più recentemente in lega di cobalt-cromu) cù una larghezza di strut di circa 100 μm. Paragunatu à u taglio laser à impulsu longu, i vantaghji di l'usu di laser ultrarapidi per tagliate i brackets sò di alta qualità di taglio, una finitura di superficia megliu, è menu detriti, chì riduce i costi di post-processing.
06 Produzione di dispositivi microfluidici per l'industria medica
I dispositi microfluidici sò cumunimenti usati in l'industria medica per a prova è a diagnosi di e malatie. Questi sò tipicamente fabbricati da micro-iniezione di pezzi individuali è poi ligami cù incollazione o saldatura. A fabricazione laser ultrarapida di i dispositi microfluidici hà u vantaghju di pruduce microcanali 3D in materiali trasparenti cum'è u vetru senza bisognu di cunnessione. Un metudu hè a fabricazione laser ultraveloce in un vetru in massa seguita da incisione chimica umida, è un altru hè l'ablazione laser femtosecondu in u vetru o plastica in acqua distillata per sguassà i detriti. Un altru approcciu hè di machinà i canali in a superficia di vetru è sigillalli cù una coperta di vetru per saldatura laser femtosecondu.
Figura 6. Incisione selettiva indotta da laser Femtosecond per preparà canali microfluidici in materiali di vetru
07 Microperforazione di l'ugello di l'iniettore
L'elaborazione di microbuchi laser femtosecondi hà rimpiazzatu u micro-EDM in parechje cumpagnie in u mercatu di l'iniettori d'alta pressione per via di una più grande flessibilità in u cambiamentu di i profili di u foru di flussu è i tempi di lavorazione più brevi. A capacità di cuntrullà automaticamente a pusizione di focu è l'inclinazione di u fasciu per mezu di una testa di scansione precessing hà purtatu à u disignu di profili di apertura (per esempiu, canna, flare, convergenza, divergenza) chì ponu prumove l'atomizazione o a penetrazione in a camera di combustione. U tempu di perforazione dipende da u voluminu di l'ablation, cù un grossu di drill di 0,2 - 0,5 mm è un diametru di u foru di 0,12 - 0,25 mm, facendu sta tecnica deci volte più veloce di micro-EDM. U microdrilling hè realizatu in trè fasi, cumprese a sgrossatura è a finitura di fori passanti. L'argon hè utilizatu com'è gasu ausiliariu per prutege u foru da l'ossidazione è per schermu u plasma finali durante e fasi iniziali.
Figura 7. Trattamentu d'alta precisione laser di femtosecondu di u foru cunicu invertitu per l'iniettore di motori diesel
08 Texturing laser ultra-rapidu
Nta l'ultimi anni, per migliurà a precisione di machining, riduce i danni materiali, è aumenta l'efficienza di trasfurmazioni, u campu di micromachining hè diventatu gradualmente un focus di circadori. U laser ultrafast hà parechji vantaghji di trasfurmazioni cum'è danni bassu è alta precisione, chì hè diventatu u focu di prumove u sviluppu di a tecnulugia di trasfurmazioni. À u listessu tempu, laser ultrafast pò agisce nant'à una varietà di materiali, è i danni materiali di trasfurmazioni laser hè dinù una direzzione di ricerca maiò. U laser ultrafast hè utilizatu per ablazione di materiali. Quandu a densità di l'energia di u laser hè più altu ch'è u limitu di ablazione di u materiale, a superficia di u materiale ablated mostrarà una struttura micro-nano cù certe caratteristiche. Research mostra chì sta struttura superficia spiciali hè un fenomenu cumuna chì si faci quandu materiali trasfurmazioni laser. A preparazione di strutture micro-nano superficia pò migliurà e proprietà di u materiale stessu è ancu permettenu u sviluppu di novi materiali. Stu rende a preparazione di strutture micro-nano superficia da laser ultrafast un metudu tecnicu cù significatu sviluppu impurtante. Attualmente, per i materiali metallici, a ricerca nantu à a texturizazione di a superficia laser ultrarapida pò migliurà e proprietà di umidificazione di a superficia metallica, migliurà a frizione di a superficia è e proprietà di usura, rinfurzà l'aderenza di u rivestimentu, è a proliferazione direzionale è l'aderenza di e cellule.
Figura 8. Proprietà superhydrophobic di a superficia di siliciu preparata cù laser
Cum'è una tecnulugia di trasfurmazioni d'avanguardia, u processu laser ultraveloce hà e caratteristiche di una piccula zona affettata da u calore, un prucessu non lineale di interazzione cù i materiali, è un prucessu d'alta risoluzione oltre u limitu di diffrazione. Puderà rializà un trasfurmazioni micro-nano d'alta qualità è d'alta precisione di diversi materiali. è a fabbricazione di struttura micro-nano tridimensionale. A realizazione di a fabricazione laser di materiali speciali, strutture cumplesse è dispusitivi speciali apre novi strade per a fabricazione micro-nano. Attualmente, u laser femtosecondu hè statu largamente utilizatu in parechji campi scientifichi d'avanguardia: u laser femtosecondu pò ièssiri usatu per priparà parechji dispusitivi ottici, cum'è arrays microlens, occhi composti bionici, guide d'onda ottiche è metasurfaces; aduprendu a so alta precisione, alta risuluzione è cun capacità di trasfurmazioni tridimensionale, u laser femtosecondu pò preparà o integra chips microfluidic è optofluid cum'è cumpunenti microheater è canali microfluidic tridimensionale; in più, u laser femtosecondu pò ancu preparà diversi tipi di micro-nanostrutture di superficia per ottene funzioni anti-riflessione, anti-riflessione, super-idrofobica, anti-icing è altre funzioni; micca solu chì, u laser femtosecondu hè statu ancu applicatu in u campu di a biomedicina, chì mostra un rendimentu eccezziunale in campi cum'è micro-stents biologichi, substrati di cultura cellulare è imaging microscopicu biologicu. Ampie prospettive di applicazione. Attualmente, i campi d'applicazione di u processu laser di femtosecondu sò in espansione annu per annu. In più di a micro-ottica sopra citata, a microfluidica, a micro-nanostrutture multifunzionale è l'applicazioni di l'ingegneria biomedica, ghjoca ancu un rolu enormu in certi campi emergenti, cum'è a preparazione di metasuperficie. , a fabricazione micro-nano è l'almacenamiento d'informazioni ottiche multidimensionali, etc.
Postu tempu: Apr-17-2024
