Walaupun laser ultra pantas telah wujud selama beberapa dekad, aplikasi perindustrian telah berkembang pesat dalam dua dekad yang lalu. Pada tahun 2019, nilai pasaran laser ultra pantasbahan laserPemprosesan adalah kira-kira AS$460 juta, dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun sebanyak 13%. Bidang aplikasi di mana laser ultrapantas telah berjaya digunakan untuk memproses bahan perindustrian termasuk fabrikasi dan pembaikan topeng foto dalam industri semikonduktor serta pemotongan silikon, pemotongan/pengikisan kaca dan penyingkiran filem ITO (indium timah oksida) dalam elektronik pengguna seperti telefon bimbit dan tablet, penteksturan omboh untuk industri automotif, pembuatan stent koronari dan pembuatan peranti mikrofluidik untuk industri perubatan.
01 Pembuatan dan pembaikan topeng foto dalam industri semikonduktor
Laser ultra pantas telah digunakan dalam salah satu aplikasi perindustrian terawal dalam pemprosesan bahan. IBM melaporkan aplikasi ablasi laser femtosaat dalam pengeluaran topeng foto pada tahun 1990-an. Berbanding dengan ablasi laser nanosaat, yang boleh menghasilkan percikan logam dan kerosakan kaca, topeng laser femtosaat tidak menunjukkan percikan logam, tiada kerosakan kaca, dsb. Kelebihannya. Kaedah ini digunakan untuk menghasilkan litar bersepadu (IC). Menghasilkan cip IC mungkin memerlukan sehingga 30 topeng dan menelan belanja >$100,000. Pemprosesan laser femtosaat boleh memproses garisan dan titik di bawah 150nm.
Rajah 1. Fabrikasi dan pembaikan topeng foto
Rajah 2. Keputusan pengoptimuman corak topeng yang berbeza untuk litografi ultraungu yang ekstrem
02 Pemotongan silikon dalam industri semikonduktor
Pemotongan wafer silikon merupakan proses pembuatan standard dalam industri semikonduktor dan biasanya dilakukan menggunakan pemotongan mekanikal. Roda pemotong ini sering mengalami rekahan mikro dan sukar untuk memotong wafer nipis (cth. ketebalan < 150 μm). Pemotongan laser wafer silikon telah digunakan dalam industri semikonduktor selama bertahun-tahun, terutamanya untuk wafer nipis (100-200μm), dan dijalankan dalam pelbagai langkah: alur laser, diikuti dengan pemisahan mekanikal atau pemotongan senyap (iaitu pancaran laser inframerah di dalam pengisaran silikon) diikuti dengan pemisahan pita mekanikal. Laser denyut nanosaat boleh memproses 15 wafer sejam, dan laser pikosaat boleh memproses 23 wafer sejam, dengan kualiti yang lebih tinggi.
03 Pemotongan/pengikisan kaca dalam industri elektronik guna habis pakai
Skrin sentuh dan cermin mata pelindung untuk telefon bimbit dan komputer riba semakin nipis dan beberapa bentuk geometri melengkung. Ini menjadikan pemotongan mekanikal tradisional lebih sukar. Laser biasa biasanya menghasilkan kualiti pemotongan yang rendah, terutamanya apabila paparan kaca ini disusun 3-4 lapisan dan kaca pelindung setebal 700 μm atas ditempa, yang boleh pecah dengan tekanan setempat. Laser ultra pantas telah terbukti dapat memotong cermin mata ini dengan kekuatan tepi yang lebih baik. Untuk pemotongan panel rata yang besar, laser femtosaat boleh difokuskan pada permukaan belakang kepingan kaca, menggaru bahagian dalam kaca tanpa merosakkan permukaan hadapan. Kaca kemudiannya boleh dipecahkan menggunakan cara mekanikal atau haba di sepanjang corak berjalur.
Rajah 3. Pemotongan kaca laser ultra pantas picosecond berbentuk khas
04 Tekstur omboh dalam industri automotif
Enjin kereta ringan diperbuat daripada aloi aluminium, yang tidak tahan haus seperti besi tuang. Kajian mendapati bahawa pemprosesan laser femtosaat tekstur omboh kereta boleh mengurangkan geseran sehingga 25% kerana serpihan dan minyak boleh disimpan dengan berkesan.
Rajah 4. Pemprosesan laser femtosaat omboh enjin automobil untuk meningkatkan prestasi enjin
05 Pembuatan stent koronari dalam industri perubatan
Berjuta-juta stent koronari ditanamkan ke dalam arteri koronari badan untuk membuka saluran darah mengalir ke dalam saluran yang sebaliknya terkumpul, menyelamatkan berjuta-juta nyawa setiap tahun. Stent koronari biasanya diperbuat daripada jaringan dawai logam (contohnya, keluli tahan karat, aloi memori bentuk nikel-titanium, atau lebih baru-baru ini aloi kobalt-kromium) dengan lebar topang kira-kira 100 μm. Berbanding dengan pemotongan laser denyutan panjang, kelebihan menggunakan laser ultra pantas untuk memotong pendakap adalah kualiti potongan yang tinggi, kemasan permukaan yang lebih baik dan kurang serpihan, yang mengurangkan kos pasca pemprosesan.
06 Pembuatan peranti mikrofluidik untuk industri perubatan
Peranti mikrofluidik biasanya digunakan dalam industri perubatan untuk ujian dan diagnosis penyakit. Peranti ini biasanya dihasilkan melalui pengacuan suntikan mikro bahagian individu dan kemudian dilekatkan menggunakan pelekat atau kimpalan. Fabrikasi laser ultra pantas bagi peranti mikrofluidik mempunyai kelebihan menghasilkan saluran mikro 3D dalam bahan lutsinar seperti kaca tanpa memerlukan sambungan. Satu kaedah ialah fabrikasi laser ultra pantas di dalam kaca pukal diikuti dengan pengetsaan kimia basah, dan satu lagi ialah ablasi laser femtosaat di dalam kaca atau plastik dalam air suling untuk membuang serpihan. Pendekatan lain ialah memesin saluran ke dalam permukaan kaca dan menutupnya dengan penutup kaca melalui kimpalan laser femtosaat.
Rajah 6. Pengetsaan terpilih teraruh laser femtosaat untuk menyediakan saluran mikrofluidik di dalam bahan kaca
07 Penggerudian mikro muncung penyuntik
Pemesinan lubang mikro laser femtosaat telah menggantikan mikro-EDM di banyak syarikat dalam pasaran penyuntik tekanan tinggi disebabkan oleh fleksibiliti yang lebih besar dalam mengubah profil lubang aliran dan masa pemesinan yang lebih pendek. Keupayaan untuk mengawal kedudukan fokus dan kecondongan pancaran secara automatik melalui kepala imbasan prasesi telah membawa kepada reka bentuk profil apertur (contohnya, laras, suar, penumpuan, pencapahan) yang boleh menggalakkan pengabusan atau penembusan dalam kebuk pembakaran. Masa penggerudian bergantung pada isipadu ablasi, dengan ketebalan gerudi 0.2 – 0.5 mm dan diameter lubang 0.12 – 0.25 mm, menjadikan teknik ini sepuluh kali lebih pantas daripada mikro-EDM. Penggerudian mikro dilakukan dalam tiga peringkat, termasuk pengasaran dan kemasan lubang melalui pandu. Argon digunakan sebagai gas tambahan untuk melindungi lubang telaga daripada pengoksidaan dan untuk melindungi plasma akhir semasa peringkat awal.
Rajah 7. Pemprosesan ketepatan tinggi laser femtosaat bagi lubang tirus terbalik untuk penyuntik enjin diesel
08 Tekstur laser ultra pantas
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, untuk meningkatkan ketepatan pemesinan, mengurangkan kerosakan bahan, dan meningkatkan kecekapan pemprosesan, bidang pemesinan mikro secara beransur-ansur menjadi tumpuan penyelidik. Laser ultra pantas mempunyai pelbagai kelebihan pemprosesan seperti kerosakan yang rendah dan ketepatan yang tinggi, yang telah menjadi tumpuan untuk menggalakkan pembangunan teknologi pemprosesan. Pada masa yang sama, laser ultra pantas boleh bertindak pada pelbagai bahan, dan kerosakan bahan pemprosesan laser juga merupakan hala tuju penyelidikan utama. Laser ultra pantas digunakan untuk mengablasi bahan. Apabila ketumpatan tenaga laser lebih tinggi daripada ambang ablasi bahan, permukaan bahan yang diablasi akan menunjukkan struktur mikro-nano dengan ciri-ciri tertentu. Kajian menunjukkan bahawa Struktur permukaan khas ini adalah fenomena biasa yang berlaku apabila bahan diproses dengan laser. Penyediaan struktur mikro-nano permukaan boleh meningkatkan sifat bahan itu sendiri dan juga membolehkan pembangunan bahan baharu. Ini menjadikan penyediaan struktur mikro-nano permukaan oleh laser ultra pantas sebagai kaedah teknikal dengan kepentingan pembangunan yang penting. Pada masa ini, bagi bahan logam, kajian tentang tekstur permukaan laser ultra pantas boleh meningkatkan sifat pembasahan permukaan logam, meningkatkan sifat geseran dan haus permukaan, meningkatkan lekatan salutan dan percambahan serta lekatan sel secara berarah.
Rajah 8. Sifat superhidrofobik permukaan silikon yang disediakan laser
Sebagai teknologi pemprosesan canggih, pemprosesan laser ultra pantas mempunyai ciri-ciri zon kecil yang terjejas haba, proses interaksi tak linear dengan bahan, dan pemprosesan resolusi tinggi melebihi had pembelauan. Ia boleh merealisasikan pemprosesan mikro-nano yang berkualiti tinggi dan tepat tinggi bagi pelbagai bahan, dan fabrikasi struktur mikro-nano tiga dimensi. Mencapai pembuatan laser bagi bahan khas, struktur kompleks dan peranti khas membuka jalan baharu untuk pembuatan mikro-nano. Pada masa ini, laser femtosaat telah digunakan secara meluas dalam banyak bidang saintifik canggih: laser femtosaat boleh digunakan untuk menyediakan pelbagai peranti optik, seperti susunan mikrokanta, mata majmuk bionik, pandu gelombang optik dan permukaan meta; menggunakan ketepatan tinggi, resolusi tinggi dan keupayaan pemprosesan tiga dimensi, laser femtosaat boleh menyediakan atau mengintegrasikan cip mikrofluidik dan optofluidik seperti komponen mikropemanas dan saluran mikrofluidik tiga dimensi; Selain itu, laser femtosaat juga boleh menyediakan pelbagai jenis mikro-nanostruktur permukaan untuk mencapai fungsi anti-pantulan, anti-pantulan, super-hidrofobik, anti-aising dan lain-lain; bukan itu sahaja, laser femtosaat juga telah digunakan dalam bidang bioperubatan, menunjukkan prestasi cemerlang dalam bidang seperti mikro-stent biologi, substrat kultur sel dan pengimejan mikroskopik biologi. Prospek aplikasi yang luas. Pada masa ini, bidang aplikasi pemprosesan laser femtosaat berkembang dari tahun ke tahun. Selain mikro-optik, mikrofluidik, mikro-nanostruktur berbilang fungsi dan aplikasi kejuruteraan bioperubatan yang dinyatakan di atas, ia juga memainkan peranan yang besar dalam beberapa bidang yang baru muncul, seperti penyediaan metasurface, pembuatan mikro-nano dan penyimpanan maklumat optik berbilang dimensi, dsb.
Masa siaran: 17-Apr-2024
