Senajan laser ultrafast wis ana pirang-pirang dekade, aplikasi industri wis berkembang kanthi cepet sajrone rong dekade kepungkur. Ing taun 2019, nilai pasar laser ultrafastbahan laserPangolahan kira-kira US$460 yuta, kanthi tingkat pertumbuhan tahunan gabungan 13%. Area aplikasi ing ngendi laser ultrafast wis kasil digunakake kanggo ngolah bahan industri kalebu fabrikasi lan ndandani photomask ing industri semikonduktor uga pemotongan silikon, pemotongan/pengikisan kaca lan penghapusan film ITO (indium tin oxide) ing elektronik konsumen kayata ponsel lan tablet, tekstur piston kanggo industri otomotif, manufaktur stent koroner lan manufaktur piranti mikrofluida kanggo industri medis.
01 Pabrikasi lan ndandani photomask ing industri semikonduktor
Laser ultrafast digunakake ing salah sawijining aplikasi industri paling awal ing pangolahan bahan. IBM nglaporake aplikasi ablasi laser femtosecond ing produksi photomask ing taun 1990-an. Dibandhingake karo ablasi laser nanosecond, sing bisa ngasilake percikan logam lan kerusakan kaca, topeng laser femtosecond ora nuduhake percikan logam, ora ana kerusakan kaca, lan liya-liyane. Kauntungane. Cara iki digunakake kanggo ngasilake sirkuit terpadu (IC). Nggawe chip IC mbutuhake nganti 30 topeng lan biaya >$100.000. Pangolahan laser femtosecond bisa ngolah garis lan titik ing ngisor 150nm.
Gambar 1. Pabrikasi lan ndandani photomask
Gambar 2. Asil optimasi pola topeng sing beda kanggo litografi ultraviolet ekstrem
02 Pemotongan silikon ing industri semikonduktor
Pemotongan wafer silikon minangka proses manufaktur standar ing industri semikonduktor lan biasane ditindakake nggunakake pencincangan mekanik. Roda pemotong iki asring ngalami retakan mikro lan angel dipotong wafer tipis (kayata kekandelan < 150 μm). Pemotongan laser wafer silikon wis digunakake ing industri semikonduktor sajrone pirang-pirang taun, utamane kanggo wafer tipis (100-200μm), lan ditindakake kanthi pirang-pirang langkah: alur laser, banjur pamisahan mekanik utawa pemotongan siluman (yaiku sinar laser inframerah ing njero pemotongan silikon) banjur pamisahan pita mekanik. Laser pulsa nanodetik bisa ngolah 15 wafer saben jam, lan laser pikodetik bisa ngolah 23 wafer saben jam, kanthi kualitas sing luwih dhuwur.
03 Pemotongan/pengikisan kaca ing industri elektronika konsumsi
Layar tutul lan kacamata pelindung kanggo ponsel lan laptop saya tipis lan sawetara bentuk geometris mlengkung. Iki ndadekake pemotongan mekanik tradisional luwih angel. Laser khas biasane ngasilake kualitas potongan sing kurang apik, utamane nalika tampilan kaca iki ditumpuk 3-4 lapisan lan kaca pelindung kandel 700 μm ndhuwur wis ditemper, sing bisa pecah amarga stres lokal. Laser ultrafast wis dituduhake bisa ngethok kacamata iki kanthi kekuatan pinggiran sing luwih apik. Kanggo pemotongan panel datar sing gedhe, laser femtosecond bisa difokusake ing permukaan mburi lembaran kaca, ngeruk sisih njero kaca tanpa ngrusak permukaan ngarep. Kaca banjur bisa dipecah nggunakake cara mekanik utawa termal ing sadawane pola sing dicetak.
Gambar 3. Pemotongan kaca laser ultracepat picosecond kanthi bentuk khusus
04 Tekstur piston ing industri otomotif
Mesin mobil sing entheng digawe saka logam campuran aluminium, sing ora tahan aus kaya wesi cor. Panliten nemokake yen pangolahan laser femtosecond saka tekstur piston mobil bisa nyuda gesekan nganti 25% amarga rereged lan lenga bisa disimpen kanthi efektif.
Gambar 4. Pamrosesan laser femtosecond saka piston mesin mobil kanggo ningkatake kinerja mesin
05 Pabrikasi stent koroner ing industri medis
Mayuta-yuta stent koroner dipasang ing arteri koroner awak kanggo mbukak saluran supaya getih mili menyang pembuluh sing wis menggumpal, nylametake mayuta-yuta nyawa saben taun. Stent koroner biasane digawe saka kawat logam (kayata, baja tahan karat, paduan memori bentuk nikel-titanium, utawa sing luwih anyar paduan kobalt-kromium) kanthi jembar penyangga kira-kira 100 μm. Dibandhingake karo pemotongan laser pulsa dawa, kaluwihan nggunakake laser ultrafast kanggo ngethok braket yaiku kualitas potongan sing dhuwur, permukaan sing luwih apik, lan lebu sing luwih sithik, sing nyuda biaya pasca-proses.
06 Manufaktur piranti mikrofluidik kanggo industri medis
Piranti mikrofluidik umume digunakake ing industri medis kanggo tes lan diagnosis penyakit. Piranti iki biasane digawe kanthi cara nyetak mikro-injeksi saka saben bagean banjur diiket nganggo perekatan utawa pengelasan. Fabrikasi laser ultra-cepet saka piranti mikrofluidik nduweni kauntungan kanggo ngasilake saluran mikro 3D ing bahan transparan kayata kaca tanpa perlu sambungan. Salah sawijining metode yaiku fabrikasi laser ultra-cepet ing njero kaca massal banjur dietsa kimia basah, lan liyane yaiku ablasi laser femtosecond ing njero kaca utawa plastik ing banyu suling kanggo mbusak rereged. Pendekatan liyane yaiku ngolah saluran menyang permukaan kaca lan nutup nganggo tutup kaca liwat pengelasan laser femtosecond.
Gambar 6. Etsa selektif sing diinduksi laser femtosecond kanggo nyiapake saluran mikrofluida ing njero bahan kaca
07 Pengeboran mikro nozzle injektor
Mesin mikrohole laser femtosecond wis ngganti mikro-EDM ing akeh perusahaan ing pasar injektor tekanan tinggi amarga fleksibilitas sing luwih gedhe ing ngganti profil bolongan aliran lan wektu mesin sing luwih cendhek. Kemampuan kanggo ngontrol posisi fokus lan kemiringan balok kanthi otomatis liwat kepala pindai precessing wis nyebabake desain profil aperture (kayata, laras, flare, konvergensi, divergensi) sing bisa ningkatake atomisasi utawa penetrasi ing ruang pembakaran. Wektu pengeboran gumantung saka volume ablasi, kanthi kekandelan bor 0,2 - 0,5 mm lan diameter bolongan 0,12 - 0,25 mm, nggawe teknik iki sepuluh kali luwih cepet tinimbang mikro-EDM. Pengeboran mikro ditindakake ing telung tahap, kalebu roughing lan finishing bolongan liwat pilot. Argon digunakake minangka gas tambahan kanggo nglindhungi bolongan bor saka oksidasi lan kanggo nglindhungi plasma pungkasan sajrone tahap awal.
Gambar 7. Pemrosesan presisi dhuwur laser femtosecond saka bolongan lancip terbalik kanggo injektor mesin diesel
08 Tekstur laser ultra-cepet
Ing taun-taun pungkasan, kanggo ningkatake akurasi mesin, nyuda kerusakan materi, lan nambah efisiensi pangolahan, bidang micromachining saya suwe saya dadi fokus para peneliti. Laser ultrafast nduweni macem-macem kaluwihan pangolahan kayata kerusakan sing sithik lan presisi sing dhuwur, sing wis dadi fokus kanggo ningkatake pangembangan teknologi pangolahan. Ing wektu sing padha, laser ultrafast bisa tumindak ing macem-macem materi, lan kerusakan materi pangolahan laser uga minangka arah riset utama. Laser ultrafast digunakake kanggo ngikis materi. Nalika kapadhetan energi laser luwih dhuwur tinimbang ambang ablasi materi, permukaan materi sing diikis bakal nuduhake struktur mikro-nano kanthi karakteristik tartamtu. Riset nuduhake yen Struktur permukaan khusus iki minangka fenomena umum sing kedadeyan nalika ngolah bahan kanthi laser. Persiapan struktur mikro-nano permukaan bisa ningkatake sifat materi kasebut dhewe lan uga ngaktifake pangembangan materi anyar. Iki ndadekake persiapan struktur mikro-nano permukaan kanthi laser ultrafast minangka metode teknis kanthi signifikansi pangembangan sing penting. Saiki, kanggo bahan logam, riset babagan tekstur permukaan laser ultracepat bisa ningkatake sifat pembasahan permukaan logam, ningkatake sifat gesekan lan keausan permukaan, ningkatake adhesi lapisan, lan proliferasi lan adhesi arah sel.
Gambar 8. Sifat superhidrofobik saka permukaan silikon sing disiapake nganggo laser
Minangka teknologi pangolahan canggih, pangolahan laser ultrafast nduweni ciri zona cilik sing kena pengaruh panas, proses interaksi non-linier karo bahan, lan pangolahan resolusi dhuwur ngluwihi wates difraksi. Iki bisa nggayuh pangolahan mikro-nano sing berkualitas tinggi lan presisi dhuwur saka macem-macem bahan, lan fabrikasi struktur mikro-nano telung dimensi. Ngraih manufaktur laser saka bahan khusus, struktur kompleks, lan piranti khusus mbukak dalan anyar kanggo manufaktur mikro-nano. Saiki, laser femtosecond wis digunakake sacara wiyar ing pirang-pirang bidang ilmiah canggih: laser femtosecond bisa digunakake kanggo nyiyapake macem-macem piranti optik, kayata susunan mikrolensa, mata senyawa bionik, pandu gelombang optik, lan metasurface; nggunakake presisi dhuwur, resolusi dhuwur, lan kanthi kemampuan pangolahan telung dimensi, laser femtosecond bisa nyiyapake utawa nggabungake chip mikrofluidik lan optofluidik kayata komponen pemanas mikro lan saluran mikrofluidik telung dimensi; Saliyané iku, laser femtosecond uga bisa nyiyapake macem-macem jinis mikro-nanostruktur permukaan kanggo entuk fungsi anti-refleksi, anti-refleksi, super-hidrofobik, anti-icing lan liya-liyané; ora mung kuwi, laser femtosecond uga wis diterapake ing bidang biomedis, nuduhake kinerja sing luar biasa ing bidang kayata mikro-stent biologis, substrat kultur sel lan pencitraan mikroskopis biologis. Prospek aplikasi sing amba. Saiki, bidang aplikasi pangolahan laser femtosecond saya tambah akeh saben taun. Saliyane mikro-optik, mikrofluidika, mikro-nanostruktur multi-fungsi lan aplikasi teknik biomedis sing kasebut ing ndhuwur, uga nduweni peran gedhe ing sawetara bidang sing muncul, kayata persiapan metasurface, manufaktur mikro-nano lan panyimpenan informasi optik multi-dimensi, lan liya-liyane.
Wektu kiriman: 17-Apr-2024
