Ingawa leza za kasi zaidi zimekuwepo kwa miongo kadhaa, matumizi ya viwandani yamekua kwa kasi katika miongo miwili iliyopita. Mnamo 2019, bei ya soko ya haraka zaidinyenzo za laserusindikaji ulikuwa takriban Dola za Marekani milioni 460, na kiwango cha ukuaji wa kila mwaka cha 13%. Maeneo ya maombi ambapo leza za kasi zaidi zimetumiwa kwa mafanikio kuchakata nyenzo za viwandani ni pamoja na utengenezaji na ukarabati wa fotomask katika tasnia ya semiconductor na vile vile kupiga silicon, kukata vioo/kuchambua na (indium bati oxide) kuondolewa kwa filamu ya ITO katika vifaa vya kielektroniki vya watumiaji kama vile simu za mkononi na kompyuta za mkononi. , utumaji maandishi wa bastola kwa tasnia ya magari, utengenezaji wa stent za moyo na utengenezaji wa vifaa vya microfluidic kwa tasnia ya matibabu.
01 Utengenezaji na ukarabati wa Photomask katika tasnia ya semiconductor
Laser za kasi zaidi zilitumika katika mojawapo ya matumizi ya awali ya viwandani katika usindikaji wa vifaa. IBM iliripoti utumiaji wa uondoaji wa laser ya femtosecond katika utengenezaji wa fotomask katika miaka ya 1990. Ikilinganishwa na uondoaji wa leza ya nanosecond, ambayo inaweza kutoa spatter ya chuma na uharibifu wa glasi, barakoa za laser za femtosecond hazionyeshi spatter ya chuma, hakuna uharibifu wa glasi, nk. Faida. Njia hii hutumiwa kuzalisha nyaya zilizounganishwa (ICs). Kutengeneza chipu ya IC kunaweza kuhitaji hadi barakoa 30 na kugharimu >$100,000. Usindikaji wa laser ya Femtosecond unaweza kuchakata mistari na pointi chini ya 150nm.
Kielelezo 1. Utengenezaji na ukarabati wa fotomask
Kielelezo 2. Matokeo ya uboreshaji wa mifumo tofauti ya mask kwa lithography ya ultraviolet kali
02 Kukata silicon katika tasnia ya semiconductor
Uwekaji kaki wa silicon ni mchakato wa kawaida wa utengenezaji katika tasnia ya semiconductor na kwa kawaida hufanywa kwa kutumia upigaji wa mitambo. Magurudumu haya ya kukatia mara nyingi hutengeneza mikwaruzo midogo na ni vigumu kukata kaki nyembamba (mfano unene < 150 μm). Kukata kwa laser ya kaki za silicon kumetumika katika tasnia ya semiconductor kwa miaka mingi, haswa kwa kaki nyembamba (100-200μm), na hufanywa kwa hatua nyingi: kunyoosha kwa laser, ikifuatiwa na kutenganisha kwa mitambo au kukata kwa siri (yaani boriti ya laser ya infrared ndani. uandishi wa silicon) ikifuatiwa na utengano wa mkanda wa mitambo. Laser ya nanosecond pulse inaweza kuchakata kaki 15 kwa saa, na leza ya picosecond inaweza kuchakata kaki 23 kwa saa, kwa ubora wa juu.
03 Kukata/kuandika kioo katika tasnia ya vifaa vya kielektroniki vinavyotumika
Skrini za kugusa na miwani ya kinga ya simu za mkononi na kompyuta za mkononi inazidi kuwa nyembamba na baadhi ya maumbo ya kijiometri yamejipinda. Hii inafanya kukata mitambo ya jadi kuwa ngumu zaidi. Leza za kawaida kwa kawaida hutoa ubora duni wa kukata, hasa wakati maonyesho haya ya vioo yamepangwa kwa safu 3-4 na glasi ya juu ya ulinzi yenye unene wa 700 μm huwa na hasira, ambayo inaweza kuvunjika kwa mkazo uliojanibishwa. Leza za kasi zaidi zimeonyeshwa kuwa na uwezo wa kukata miwani hii kwa nguvu bora zaidi ya ukingo. Kwa kukata paneli kubwa ya gorofa, laser ya femtosecond inaweza kulenga kwenye uso wa nyuma wa karatasi ya kioo, ikikwaruza ndani ya kioo bila kuharibu uso wa mbele. Kisha kioo kinaweza kuvunjwa kwa kutumia njia za mitambo au za joto pamoja na muundo uliopigwa.
Kielelezo 3. Picosecond ultrafast laser kioo kukata maalum-umbo
04 Miundo ya bastola katika tasnia ya magari
Injini za gari nyepesi zimetengenezwa kwa aloi za alumini, ambazo hazistahimili kuvaa kama chuma cha kutupwa. Uchunguzi umegundua kuwa usindikaji wa laser ya femtosecond ya maandishi ya pistoni ya gari inaweza kupunguza msuguano hadi 25% kwa sababu uchafu na mafuta vinaweza kuhifadhiwa kwa ufanisi.
Kielelezo 4. Usindikaji wa laser wa Femtosecond wa pistoni za injini za magari ili kuboresha utendaji wa injini
05 Utengenezaji wa stent katika tasnia ya matibabu
Mamilioni ya stenti za moyo hupandikizwa kwenye mishipa ya moyo ya mwili ili kufungua mkondo wa damu kuingia kwenye mishipa iliyoganda, hivyo kuokoa maisha ya mamilioni ya watu kila mwaka. Stenti za moyo kwa kawaida hutengenezwa kutoka kwa chuma (km, chuma cha pua, aloi ya kumbukumbu ya umbo la nikeli-titani, au aloi ya kobalti-chromium hivi majuzi) yenye matundu ya waya yenye upana wa takriban 100 μm. Ikilinganishwa na ukataji wa leza ya mapigo marefu, faida za kutumia leza za kasi zaidi kukata mabano ni ubora wa juu wa kukata, umaliziaji bora wa uso, na uchafu kidogo, ambayo hupunguza gharama baada ya usindikaji.
06 Utengenezaji wa vifaa vya microfluidic kwa sekta ya matibabu
Vifaa vya microfluidic hutumiwa sana katika tasnia ya matibabu kwa uchunguzi na utambuzi wa magonjwa. Hizi kawaida hutengenezwa na ukingo wa sindano ndogo za sehemu za kibinafsi na kisha kuunganisha kwa kutumia gluing au kulehemu. Uundaji wa leza ya kasi zaidi ya vifaa vya microfluidic ina faida ya kutengeneza njia ndogo za 3D ndani ya nyenzo zinazoonekana kama vile glasi bila kuhitaji miunganisho. Njia moja ni uundaji wa leza ya haraka sana ndani ya glasi nyingi ikifuatiwa na uwekaji wa kemikali unyevu, na nyingine ni utoaji wa leza ya femtosecond ndani ya glasi au plastiki katika maji yaliyoyeyushwa ili kuondoa uchafu. Njia nyingine ni kuingiza chaneli za mashine kwenye uso wa glasi na kuzifunga kwa kifuniko cha glasi kupitia kulehemu kwa laser ya femtosecond.
Mchoro 6. Uwekaji wa kuchagua wa leza ya Femtosecond ili kuandaa mifereji ya microfluidic ndani ya nyenzo za glasi.
07 Uchimbaji mdogo wa pua ya sindano
Uchimbaji wa mashimo madogo ya laser ya Femtosecond umechukua nafasi ya EDM ndogo katika kampuni nyingi kwenye soko la kuingiza shinikizo la juu kwa sababu ya kubadilika zaidi kwa kubadilisha wasifu wa shimo la mtiririko na nyakati fupi za uchakataji. Uwezo wa kudhibiti kiotomati nafasi ya kuzingatia na kuinamisha boriti kupitia kichwa cha skanisho kilichotangulia imesababisha muundo wa wasifu wa aperture (kwa mfano, pipa, mwako, muunganiko, mseto) ambao unaweza kukuza atomization au kupenya kwenye chumba cha mwako. Wakati wa kuchimba visima hutegemea kiasi cha uondoaji, na unene wa kuchimba 0.2 - 0.5 mm na kipenyo cha shimo cha 0.12 - 0.25 mm, na kufanya mbinu hii mara kumi kwa kasi zaidi kuliko micro-EDM. Uchimbaji mdogo unafanywa katika hatua tatu, ikiwa ni pamoja na ukali na ukamilishaji wa mashimo ya majaribio. Argon hutumiwa kama gesi msaidizi kulinda kisima dhidi ya oxidation na kukinga plasma ya mwisho wakati wa hatua za awali.
Mchoro 7. Usindikaji wa laser wa Femtosecond wa usahihi wa juu wa shimo la taper iliyogeuzwa kwa injector ya injini ya dizeli.
08 Utumaji maandishi wa laser wa haraka sana
Katika miaka ya hivi karibuni, ili kuboresha usahihi wa machining, kupunguza uharibifu wa nyenzo, na kuongeza ufanisi wa usindikaji, uwanja wa micromachining umekuwa lengo la watafiti. Laser ya kasi zaidi ina faida mbalimbali za usindikaji kama vile uharibifu mdogo na usahihi wa juu, ambayo imekuwa lengo la kukuza maendeleo ya teknolojia ya usindikaji. Wakati huo huo, lasers za kasi zaidi zinaweza kutenda kwa vifaa mbalimbali, na uharibifu wa nyenzo za usindikaji wa laser pia ni mwelekeo mkubwa wa utafiti. Laser ya haraka zaidi hutumiwa kumaliza nyenzo. Wakati wiani wa nishati ya laser ni kubwa zaidi kuliko kizingiti cha ablation ya nyenzo, uso wa nyenzo iliyopunguzwa itaonyesha muundo wa micro-nano na sifa fulani. Utafiti unaonyesha kwamba Muundo huu wa uso maalum ni jambo la kawaida ambalo hutokea wakati vifaa vya usindikaji wa laser. Maandalizi ya miundo ya uso wa micro-nano inaweza kuboresha mali ya nyenzo yenyewe na pia kuwezesha maendeleo ya vifaa vipya. Hii inafanya utayarishaji wa miundo ya uso wa micro-nano kwa laser ya haraka sana kuwa njia ya kiufundi yenye umuhimu muhimu wa maendeleo. Hivi sasa, kwa nyenzo za chuma, utafiti juu ya maandishi ya uso wa laser ya haraka sana unaweza kuboresha sifa za uso wa chuma wa kuyeyusha, kuboresha msuguano wa uso na sifa za kuvaa, kuongeza kujitoa kwa mipako, na kuenea kwa mwelekeo na kushikamana kwa seli.
Mchoro 8. Mali ya superhydrophobic ya uso wa silicon ulioandaliwa na laser
Kama teknolojia ya kisasa ya usindikaji, usindikaji wa laser wa haraka zaidi una sifa za eneo dogo lililoathiriwa na joto, mchakato usio na mstari wa mwingiliano na nyenzo, na usindikaji wa azimio la juu zaidi ya kikomo cha mtengano. Inaweza kutambua usindikaji wa ubora wa juu na wa usahihi wa juu wa nano wa vifaa mbalimbali. na uundaji wa muundo wa micro-nano wenye sura tatu. Kufikia utengenezaji wa laser wa vifaa maalum, miundo tata na vifaa maalum hufungua njia mpya za utengenezaji wa nano ndogo. Kwa sasa, laser ya femtosecond imetumika sana katika nyanja nyingi za kisasa za kisayansi: laser ya femtosecond inaweza kutumika kuandaa vifaa mbalimbali vya macho, kama vile safu za microlens, macho ya bionic ya macho, mawimbi ya macho na metasurfaces; kwa kutumia usahihi wake wa hali ya juu, msongo wa juu na Ikiwa na uwezo wa usindikaji wa pande tatu, leza ya femtosecond inaweza kuandaa au kuunganisha chips za microfluidic na optofluidic kama vile vipengee vya hita ndogo na njia tatu za microfluidic; kwa kuongeza, laser ya femtosecond pia inaweza kuandaa aina tofauti za micro-nanostructures za uso ili kufikia anti-reflection , anti-reflection, super-hydrophobic, anti-icing na kazi nyingine; si hivyo tu, leza ya femtosecond pia imetumika katika nyanja ya biomedicine, ikionyesha utendaji bora katika nyanja kama vile stenti ndogo za kibayolojia, substrates za utamaduni wa seli na upigaji picha wa hadubini ya kibiolojia. Matarajio mapana ya maombi. Kwa sasa, mashamba ya maombi ya usindikaji wa laser ya femtosecond yanaongezeka mwaka hadi mwaka. Kando na optics ndogo zilizotajwa hapo juu, microfluidics, muundo-nano-nano zenye kazi nyingi na utumizi wa uhandisi wa matibabu, pia ina jukumu kubwa katika nyanja zingine zinazoibuka, kama vile utayarishaji wa uso wa uso. , utengenezaji wa nano ndogo na uhifadhi wa taarifa za macho zenye pande nyingi, n.k.
Muda wa kutuma: Apr-17-2024
