Ultrafast lazerler onlarça ýyl bäri dowam eden hem bolsa, soňky iki onýyllykda senagat önümleri çalt ösdi. 2019-njy ýylda ultrafastyň bazar bahasylazer materialygaýtadan işlemek takmynan 460 million ABŞ dollary bolup, ýyllyk 13% ösüş depgini bilen. Önümçilik materiallaryny gaýtadan işlemek üçin ultrafast lazerleriň üstünlikli ulanylan ýerleri, ýarymgeçiriji pudagynda fotomask ýasamak we abatlamak, şeýle hem kremniniň bahasy, aýna kesmek / ýazmak we (indiý galaýy oksidi) ykjam telefonlar we planşetler ýaly sarp ediş elektronikasynda ITO film aýyrmak; , awtoulag pudagy üçin porşen teksturasy, koronar stent önümçiligi we lukmançylyk pudagy üçin mikrofliid enjam öndürmek.
01 icarymgeçiriji pudagynda fotomask öndürmek we abatlamak
Ultrafast lazerler materiallary gaýtadan işlemekde iň irki senagat programmalarynyň birinde ulanyldy. IBM, 1990-njy ýyllarda fotomask önümçiliginde femtosekunt lazer ablasiýasynyň ulanylandygyny habar berdi. Metal pytraňňy we aýna zeper ýetirip bilýän nanosekunt lazer ablasiýasy bilen deňeşdirilende, femtosekunt lazer maskalary metal pytradylmagyny, aýna zeperini we ş.m. artykmaçlyklaryny görkezmeýär. Bu usul integral zynjyrlary (IC) öndürmek üçin ulanylýar. IC çipini öndürmek üçin 30 maska gerek bolup biler we bahasy> 100,000 $. Femtosekunt lazer bilen işlemek 150nm-den aşakdaky çyzyklary we nokatlary gaýtadan işläp biler.
Surat 1. Fotomask ýasamak we bejermek
Surat 2. Ekstremal ultramelewşe litografiýa üçin dürli maska nagyşlarynyň optimizasiýa netijeleri
02 icarymgeçiriji pudagynda kremniniň kesilmegi
Silikon wafli baha bermek ýarymgeçiriji pudagynda adaty önümçilik prosesi bolup, adatça mehaniki baha bermek arkaly ýerine ýetirilýär. Bu kesiji tigirler köplenç mikrokratlary ösdürýärler we inçe (meselem galyňlygy <150 μm) wafli kesmek kyn. Silikon wafli lazer bilen kesmek ýarymgeçiriji pudagynda köp ýyl bäri ulanylýar, esasanam inçe wafli (100-200μm) we birnäçe ädimde amala aşyrylýar: lazer çyzgysy, soň mehaniki bölünişik ýa-da gizlin kesmek (ýagny içindäki infragyzyl lazer şöhlesi) kremniniň ýazuwy), soň bolsa mehaniki lentany bölmek. Nanosekunt impuls lazeri sagatda 15 wafli, pikosekunt lazeri bolsa has ýokary hilli sagatda 23 wafli gaýtadan işläp biler.
03 Sarp edilýän elektronika pudagynda aýna kesmek / ýazmak
Jübi telefonlary we noutbuklar üçin duýgur ekranlar we gorag äýnekleri has ýitileşýär we käbir geometrik şekiller egri bolýar. Bu adaty mehaniki kesmegi has kynlaşdyrýar. Adaty lazerler, adatça, bu aýna displeýleri 3-4 gatlak bilen ýerleşdirilende we lokal stres bilen döwüp bilýän iň ýokary 700 mm galyňlyk gorag aýnasy gyzdyrylanda pes kesilen hil öndürýär. Ultrafast lazerler bu äýnegi has gowy gyrasy bilen kesip bilýändigi görkezildi. Uly tekiz paneli kesmek üçin femtosekunt lazeri aýnanyň arka ýüzüne gönükdirilip, aýnanyň içini dyrnap, öň ýüzüne zeper ýetirmez. Soňra aýna, nagyş boýunça mehaniki ýa-da termiki serişdeleri ulanyp döwülip bilner.
3-nji surat. Pikosekunt ultrafast lazer aýna ýörite görnüşli kesiş
04 Awtoulag pudagynda porşen dokumalary
Carseňil awtoulag dwigatelleri, çoýun ýaly könelmeýän alýumin erginlerinden ýasalýar. Geçirilen gözlegler, awtoulag porşen dokumalarynyň femtosekunt lazer bilen gaýtadan işlenmegi sürtülmäni 25% -e çenli azaldyp biljekdigini, sebäbi galyndylaryň we ýagyň netijeli saklanyp bilinjekdigini ýüze çykardy.
Surat 4. Dwigateliň işleýşini gowulandyrmak üçin awtoulag dwigatelleriniň pistonlaryny femtosekunt lazer bilen gaýtadan işlemek
05 Lukmançylyk pudagynda koronar stent önümçiligi
Millionlarça koronar stentler, bedeniň koronar arteriýalaryna ýerleşdirilip, her ýyl millionlarça adamyň ömrüni halas edip, başga damar damarlaryna gan akmagy üçin kanal açmak üçin. Koronar stentler, adatça, takmynan 100 μm giňlikdäki metaldan (meselem, poslamaýan polat, nikel-titanium şekilli ýadyň garyndysy ýa-da ýaňy-ýakynda kobalt-hrom garyndysy) simden ýasalýar. Uzyn impulsly lazer kesmek bilen deňeşdirilende, ultrafast lazerleri ýaýlary kesmek üçin artykmaçlyklary ýokary kesilen hil, has gowy gutarnykly we az galyndylar bolup, gaýtadan işlemekden soňky çykdajylary azaldýar.
06 Lukmançylyk pudagy üçin mikrofliid enjam öndürmek
Mikrofliid enjamlary lukmançylyk pudagynda keselleri barlamak we anyklamak üçin köplenç ulanylýar. Bular, adatça, aýry-aýry bölekleriň mikro-sanjym galyplary bilen öndürilýär we soňra ýelimlemek ýa-da kebşirlemek arkaly birikdirilýär. Mikrofliid enjamlaryň ultrafast lazer öndürilmegi, birikme zerurlygy bolmazdan aýna ýaly aç-açan materiallaryň içinde 3D mikrokanel öndürmegiň artykmaçlygyna eýe. Bir usul, köp mukdarda aýnanyň içinde ultrafast lazer ýasamak, soň bolsa çygly himiki siňdiriş, beýlekisi bolsa galyndylary aýyrmak üçin aýnanyň ýa-da plastmassanyň içindäki femtosekunt lazer ablasiýasydyr. Başga bir çemeleşme, maşyn kanallaryny aýnanyň ýüzüne geçirmek we femtosekunt lazer kebşirlemek arkaly aýna örtük bilen möhürlemekdir.
6-njy surat. Aýna materiallaryň içindäki mikrofliid kanallaryny taýýarlamak üçin femtosekunt lazer bilen örtülen saýlama egin
07 Injektor burnuny mikro burawlamak
Femtosekunt lazerli mikrohole işleýşi, akym deşikleriniň profilini üýtgetmekde has çeýeligi we has gysga işleýiş wagty sebäpli ýokary basyşly injektor bazaryndaky köp kompaniýada mikro-EDM-iň ornuny tutdy. Öňki skaner kellesi arkaly şöhläniň fokus ýagdaýyna we şöhlesine awtomatiki gözegçilik etmek ukyby, ýangyjy kamerasynda atomizasiýa ýa-da aralaşmagyna kömek edip biljek dwigatel profilleriniň (meselem, barrel, alaw, ýakynlaşma, tapawutlylyk) dizaýnyna sebäp boldy. Buraw wagty ablasiýanyň göwrümine baglydyr, buraw galyňlygy 0,2 - 0,5 mm we deşik diametri 0,12 - 0,25 mm, bu usul mikro EDM-den on esse çalt bolýar. Mikrodrilling üç basgançakda ýerine ýetirilýär, şol sanda pilot deşikleriniň gödek we gutarmagy. Argon çukury okislenmeden goramak we başlangyç etapda soňky plazmany goramak üçin kömekçi gaz hökmünde ulanylýar.
7-nji surat.
08 Ultra çalt lazer dokumasy
Soňky ýyllarda işlemegiň takyklygyny ýokarlandyrmak, maddy zeperleri azaltmak we gaýtadan işlemegiň netijeliligini ýokarlandyrmak maksady bilen mikromagnitasiýa pudagy kem-kemden gözlegçileriň üns merkezine öwrüldi. Ultrafast lazer gaýtadan işlemek tehnologiýasynyň ösüşine ünsi jemleýän pes zeper we ýokary takyklyk ýaly dürli gaýtadan işlemegiň artykmaçlyklaryna eýedir. Şol bir wagtyň özünde ultrafast lazerler dürli materiallarda hereket edip biler we lazeri gaýtadan işleýän material zeperleri hem esasy gözleg ugrudyr. Ultrafast lazer materiallary ablasiýa etmek üçin ulanylýar. Lazeriň energiýa dykyzlygy materialyň ablasiýa çäginden ýokary bolanda, ablasiýa edilen materialyň üstü belli bir aýratynlyklary bolan mikro-nano gurluşyny görkezer. Gözlegler, bu ýörite ýerüsti gurluşyň lazer gaýtadan işleýän materiallarda ýüze çykýan umumy hadysadygyny görkezýär. Surfaceerüsti mikro-nano gurluşlary taýýarlamak materialyň häsiýetlerini gowulaşdyryp biler we täze materiallaryň ösmegine mümkinçilik döreder. Bu ultrafast lazer bilen ýerüsti mikro-nano gurluşlaryny möhüm ösüş ähmiýeti bolan tehniki usul edýär. Häzirki wagtda metal materiallar üçin ultrafast lazeriň üstki dokumasy boýunça gözlegler metal üstüň çyglylyk häsiýetlerini gowulaşdyryp, ýerüsti sürtülmäni we könelişmek häsiýetlerini gowulandyryp biler, örtügiň ýelmeşmegini we öýjükleriň ugrukdyryjy köpelmegini we ýelmeşmegini güýçlendirip biler.
8-nji surat. Lazer bilen taýýarlanan kremniniň üstündäki superhidrofob aýratynlyklary
Öňdebaryjy gaýtadan işlemek tehnologiýasy hökmünde ultrafast lazer gaýtadan işlemek, ýylylyga täsir edýän zonanyň, materiallar bilen çyzykly däl täsirleşme we difraksiýa çäginden ýokary ýokary çözgütli işleýiş aýratynlyklaryna eýedir. Dürli materiallary ýokary hilli we ýokary takyklykly mikro-nano gaýtadan işlemegi amala aşyryp biler. we üç ölçegli mikro-nano gurluş gurluşy. Specialörite materiallaryň, çylşyrymly gurluşlaryň we ýörite enjamlaryň lazer önümçiligine ýetmek mikro-nano önümçiligi üçin täze ýollary açýar. Häzirki wagtda femtosekunt lazeri häzirki zaman ylmy ugurlaryň köpüsinde giňden ulanyldy: femtosekunt lazeri mikrolen massiwleri, bioniki birleşýän gözler, optiki tolkun goragçylary we metasurfaslar ýaly dürli optiki enjamlary taýýarlamak üçin ulanylyp bilner; ýokary takyklygy, ýokary çözgüdi we üç ölçegli gaýtadan işlemek mümkinçilikleri bilen femtosekunt lazeri mikro-gyzdyryjy komponentler we üç ölçegli mikrofliid kanallary ýaly mikrofliid we optofliid çipleri taýýarlap ýa-da birleşdirip biler; Mundan başga-da, femtosekunt lazeri anti-şöhlelenmä, anti-şöhlelenmä, super gidrofobiýa, buzlama garşy we beýleki funksiýalara ýetmek üçin dürli görnüşli mikro nanostrukturalary taýýarlap biler; Diňe bu däl, biometiki lukmançylyk ulgamynda femtosekunt lazeri hem ulanylyp, biologiki mikro-stentler, öýjük medeniýeti substratlary we biologiki mikroskopik şekillendiriş ýaly ugurlarda ajaýyp görkezijini görkezýär. Giňişleýin amaly perspektiwalar. Häzirki wagtda femtosekunt lazerini gaýtadan işlemegiň amaly meýdanlary ýylsaýyn giňelýär. Aboveokarda agzalan mikro-optika, mikrofliidika, köp funksiýaly mikro nanostruktura we biomedikal in engineeringenerçilik goşundylaryndan başga-da, metasurf taýýarlamak ýaly käbir ösýän ugurlarda-da uly rol oýnaýar. , mikro-nano öndürmek we köp ölçegli optiki maglumat saklamak we ş.m.
Iş wagty: 17-2024-nji aprel
