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新纪录:超快激光技术每秒钻12,000个孔
材料来源:LFWC           录入时间:2019/3/15 23:56:57

在超快激光材料加工技术上的创新,可促进超快激光工艺在消费电子等工业领域的广泛应用。目前市场可提供100W以上的超快激光器,这可以显著扩展许多工艺流程。

当前的挑战是开发新的光束引导和工艺概念,以在工件表面上实现大的平均输出。目前主要的限制是工艺技术:具有高重复率的激光系统需要速度高达1000 m / s的扫描仪,而具有高脉冲能量的激光系统需要新的分束和成形概念来分配能量。

多波束概念

更好地利用脉冲能量的一个选择是多波束概念,其涉及将激光束分成许多子束。自2012年以来,在弗劳恩霍夫激光技术研究所ILT,一直有一个团队在研究这项技术。从那时起,专家们已经学会了如何使用衍射光学元件(DOE)在200多个微小和纳米结构的子束中进行目标应用,允许他们在亚微米范围内获得精确的结果。

对于DOE,他们使用湿化学技术以极高的精度蚀刻到玻璃中的结构化表面。因此,DOE的静态光束分布比基于液晶调制器的动态光束整形方法更加精确和耐用。

为了实现更有效的材料处理,激光束通过DOE转换成具有许多平行子束的束矩阵。使用扫描仪系统和f-theta光学系统,然后将平行小光束聚焦在工件上,并且可以沿着所有可能的路径在工件上同时移动。

每秒钻12,000个精密孔

当在厚度为10到50μm的金属膜上钻孔时,多束技术证明了它的价值。诸如蚀刻的传统方法需要准备工作和返工,激光钻孔不再需要这些工作和返工。多波束技术适用于周期性结构,并且需要平滑,平坦的表面。

在微钻中,Fraunhofer ILT的团队实现了极高的精度。凭借其新的多波束系统,亚琛的专家能够创建直径小于1微米的精密孔。孔之间的间距可以减小到几微米。为了提高吞吐量,他们使用生成200多个子束的DOE。通过这种方式,他们已经设法每秒生产超过12,000个孔,每个孔的出口直径小于1微米。

研究人员目前的目标是在不损失任何质量的情况下进一步提高钻探速度。在不久的将来,可预见的钻探速度为每秒20,000个钻孔。

除了正确的工艺技术问题之外,过去几年还出现了另一个问题:超快激光的“冷”烧蚀在用于单光束工艺的材料中几乎不产生任何热量的情况下,使用大规模并行化的工艺执行是一件非常棘手的事情。在高重复率,高脉冲能量和孔之间的超短距离,有必要使用定制的热管理策略以优化处理,否则形成与工艺相关的热损伤区域。自2012年以来,亚琛的科学家们一直在解决这个问题,并将多波束加工的热管理定义为他们研究的重点关注领域。

世界各地的各种团队通过实验和模拟研究了这个问题,并开发了不同的解决方法。位于亚琛的Fraunhofer ILT研究人员优化了单孔钻孔和多梁加工的工艺。在这些过程中,沉积的激光功率不得超过取决于材料和目标几何形状的最大值。

使用所得到的技术,可以经济地生产金属表面过滤器,其中某些颗粒可以选择性地彼此分离,例如用于多抗性细菌的水过滤器或用于微塑料以及生物技术中的许多其他应用。微过滤器的使用对于食品工业也是有意义的,例如在无菌过滤领域。其他可能的应用包括过滤从10级到1级的PM级细粉尘或医疗技术中白细胞和红细胞的机械分离,这里仅举这几例微过滤器的应用。


 


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