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超快钻孔

超快激光技术每秒

Temperature
钻出 12000 个直径 1µm 的孔 647 600

500
400
298 300
文/John Wallace

为了实现有效的材料加工，激
超 快激光材料加工技术的创 光束被 DOE 转换成具有许多平行光 图1：超快激光多光束加工过程中的热传输模拟。
（来源：德国亚琛弗劳恩霍夫激光技术研究所）
新，使得这项先进的激光
加工技术可以应用于诸如 束的光束矩阵。利用扫描头系统和 这是一种几乎不在材料中产生任何热
消费电子产品等众多工业领域。现在 f-theta 光学元件，平行光束将聚焦到 量的单光束加工过程，对于大规模并
可以使用多个 100W 的超快激光器， 工件上，并且可以沿着所有可能的路 行工艺来说，这是一个相当棘手的问
来进一步拓展很多加工过程。 径在工件上移动。 题。在高重复频率、高脉冲能量和孔
当前的主要挑战是开发新的光束 间距离较短的情况下，有必要使用定
引导和加工概念，以在工件表面分布较 每秒钻出12000个精密孔 制的热管理技术来优化加工策略，否
大的平均输出功率。目前，这种加工技 在厚度为 10~50µm 的金属薄膜 则将会形成与加工相关的热损伤区域。
术的主要局限性在于 ：高重复频率的 上钻孔时，多光束技术证明了其价值。 自 2012 年以来，弗劳恩霍夫激
激光系统需要速度高达 1000m/s 的扫描 传统方法如蚀刻需要准备工作和返 光技术研究所的科学家们一直在成功
头 ；而具有高脉冲能量的激光系统需要 工，而激光钻孔则不再需要这些工作。 地解决这个问题，并将多光束加工的
新的分束和整形概念来分配能量。 多光束技术适用于周期性结构，需要 热管理定义为他们研究的重点领域。
光滑、平坦的表面。 世界各地的许多研究小组，已经
多光束概念 在微钻孔加工过程中，弗劳恩霍 通过实验和模拟研究了这个问题，并

为了更好地利用脉冲能量，一 夫激光技术研究所的团队已经获得了 开发出了不同的解决方法。弗劳恩霍
种选择方案是多光束概念，其中包括 极高的精度。利用他们新开发的多光 夫激光技术研究所的研究人员优化了
将一个激光束分裂成多个激光束。德 束系统，研究人员能够制造出直径小 单孔钻孔工艺和多光束加工工艺。在
国弗劳恩霍夫激光技术研究所的一个 于 1µm 的精密孔。孔与孔之间的间距 这些加工工艺中，沉积的激光功率不
团队，自 2012 年以来一直在研究这 可以缩小到几微米。为了提高钻孔速 得超过的最大值，取决于材料和目标
项技术。从那时起，专家们已经学会 度，研究人员使用了一个能产生 200 多 几何结构。
了如何为特定应用使用衍射光学元件 束光束的 DOE。通过这种方式，研究 利用这种技术，可以经济地生产
（DOE），其中会在微结构和纳米结构 人员已经在每秒钟内成功地钻出 12000 出金属表面过滤器，其中某些颗粒可
中使用 200 多个光束，使他们能够在 多个孔，每个孔的直径小于 1µm。 以选择性地彼此分离，例如多抗性细
亚微米范围内获得精确的结果。 目前，研究人员的目标是在不损 菌或微塑料的水过滤器以及生物技术
对于 DOE，研究人员使用了一 失任何钻孔质量的情况下进一步提升 中的许多其他应用。缩微胶片的使用
种结构化表面，该结构化表面是利用 钻孔速度。在不久的将来，预计可以 对食品工业而言也很有吸引力，例如
湿化学技术以极高的精度蚀刻在玻璃 实现每秒 20000 个孔的钻孔速度。 在无菌过滤领域。其他可能的应用包
上的。因此，与基于液晶调制器的动 除了正确的加工技术问题外，在 括过滤PM等级为10到1级的细粉尘，
态光束整形方法相比，DOE 的静态 过去的几年钟，另一个问题也引起了 或在医疗技术中机械分离白细胞和红
光束分布更加精确、可靠。 人们的注意 ：超快激光的“冷”烧蚀， 细胞。

34 May/ Jun 2019 www.laserfocusworld.com.cn Laser Focus World China 激光世界