Ultrasürətli lazerlər onilliklərdir mövcud olsa da, son iki onillikdə sənaye tətbiqləri sürətlə artmışdır. 2019-cu ildə ultrasürətli lazerlərin bazar dəyərilazer materialıemal təxminən 460 milyon ABŞ dolları təşkil edib və illik artım tempi 13% təşkil edib. Ultrasürətli lazerlərin sənaye materiallarını emal etmək üçün uğurla istifadə edildiyi tətbiq sahələrinə yarımkeçirici sənayesində fotomaska istehsalı və təmiri, eləcə də mobil telefonlar və planşetlər kimi istehlakçı elektronikasında silikon doğrama, şüşə kəsmə/qeyd etmə və (indium qalay oksidi) ITO filminin çıxarılması, avtomobil sənayesi üçün porşen teksturası, koronar stent istehsalı və tibb sənayesi üçün mikrofluidik cihaz istehsalı daxildir.
01 Yarımkeçirici sənayesində fotomaska istehsalı və təmiri
Ultrasürətli lazerlər materialların emalında ən erkən sənaye tətbiqlərindən birində istifadə olunurdu. IBM 1990-cı illərdə fotomaska istehsalında femtosaniyəli lazer ablasiyasının tətbiqini bildirmişdi. Metal sıçrayışına və şüşə zədələnməsinə səbəb ola bilən nanosaniyəli lazer ablasiya ilə müqayisədə femtosaniyəli lazer maskaları metal sıçrayışına, şüşə zədələnməsinə və s. səbəb olmur. Üstünlükləri. Bu metod inteqral sxemlər (İS) istehsal etmək üçün istifadə olunur. İS çipinin istehsalı üçün 30-a qədər maska tələb oluna bilər və 100.000 dollardan çox başa gələ bilər. Femtosaniyəli lazer emalı 150 nm-dən aşağı xətləri və nöqtələri emal edə bilər.
Şəkil 1. Fotomaska istehsalı və təmiri
Şəkil 2. Ekstremal ultrabənövşəyi litoqrafiya üçün müxtəlif maska nümunələrinin optimallaşdırılması nəticələri
02 Yarımkeçirici sənayesində silikon kəsmə
Silisium lövhələrin doğranması yarımkeçiricilər sənayesində standart istehsal prosesidir və adətən mexaniki doğranma ilə həyata keçirilir. Bu kəsici təkərlərdə tez-tez mikro çatlar əmələ gəlir və nazik (məsələn, qalınlığı < 150 μm) lövhələri kəsmək çətindir. Silisium lövhələrin lazerlə kəsilməsi uzun illərdir yarımkeçiricilər sənayesində, xüsusən də nazik lövhələr (100-200 μm) üçün istifadə olunur və bir neçə mərhələdə həyata keçirilir: lazerlə oyma, ardınca mexaniki ayrılma və ya gizli kəsmə (məsələn, silisiumun içərisində infraqırmızı lazer şüası) və ardınca mexaniki lent ayrılması. Nanosaniyə impulslu lazer saatda 15 lövhə, pikosaniyə lazer isə saatda 23 lövhəni daha yüksək keyfiyyətlə emal edə bilir.
03 İstehlak elektronikası sənayesində şüşə kəsmə/yazma
Mobil telefonlar və noutbuklar üçün sensor ekranlar və qoruyucu eynəklər daha incə olur və bəzi həndəsi formalar əyri olur. Bu, ənənəvi mexaniki kəsməni daha da çətinləşdirir. Tipik lazerlər, xüsusən də bu şüşə displeylər 3-4 qat üst-üstə qoyulduqda və 700 μm qalınlığında qoruyucu şüşənin üst hissəsi bərkidildikdə, adətən aşağı kəsmə keyfiyyəti yaradır ki, bu da lokal gərginliklə qırıla bilər. Ultra sürətli lazerlərin bu eynəkləri daha yaxşı kənar möhkəmliyi ilə kəsə biləcəyi göstərilmişdir. Böyük düz panel kəsmə üçün femtosaniyə lazeri şüşə təbəqənin arxa səthinə fokuslana bilər və ön səthə zərər vermədən şüşənin içini cızır. Daha sonra şüşə kəsilmiş naxış boyunca mexaniki və ya istilik vasitələri ilə sındırıla bilər.
Şəkil 3. Pikosaniyəlik ultrasürətli lazer şüşəsinin xüsusi formalı kəsilməsi
04 Avtomobil sənayesində piston teksturaları
Yüngül avtomobil mühərrikləri alüminium ərintilərindən hazırlanır və bu ərintilər çuqun qədər aşınmaya davamlı deyil. Tədqiqatlar göstərir ki, avtomobil porşenlərinin femtosaniyə lazerlə işlənməsi sürtünməni 25%-ə qədər azalda bilər, çünki zibil və yağ effektiv şəkildə saxlanıla bilər.
Şəkil 4. Mühərrikin işini yaxşılaşdırmaq üçün avtomobil mühərriki pistonlarının femtosaniyə lazerlə işlənməsi
05 Tibb sənayesində koronar stent istehsalı
Hər il milyonlarla insanın həyatını xilas etmək üçün qanın laxtalanmış damarlara axması üçün bir kanal açmaq məqsədilə bədənin koronar arteriyalarına milyonlarla koronar stent implantasiya edilir. Koronar stentlər adətən təxminən 100 μm dayaq eni olan metaldan (məsələn, paslanmayan polad, nikel-titan formalı yaddaş ərintisi və ya daha yaxınlarda kobalt-xrom ərintisi) məftil tordan hazırlanır. Uzun impulslu lazer kəsmə ilə müqayisədə, ultra sürətli lazerlərdən istifadə edərək breketləri kəsməyin üstünlükləri yüksək kəsmə keyfiyyəti, daha yaxşı səth örtüyü və daha az tullantıdır ki, bu da emal sonrası xərcləri azaldır.
06 Tibb sənayesi üçün mikrofluidik cihaz istehsalı
Mikroflüidik cihazlar tibb sənayesində xəstəliklərin müayinəsi və diaqnozu üçün geniş istifadə olunur. Bunlar adətən fərdi hissələrin mikroinyeksiya qəliblənməsi və sonra yapışdırma və ya qaynaq istifadə edərək yapışdırılması yolu ilə istehsal olunur. Mikroflüidik cihazların ultra sürətli lazer istehsalı, birləşmələrə ehtiyac olmadan şüşə kimi şəffaf materiallarda 3D mikrokanallar yaratmaq üstünlüyünə malikdir. Bir üsul, həcmli şüşənin içərisində ultra sürətli lazer istehsalı və ardınca yaş kimyəvi aşındırma, digəri isə şüşə və ya plastikin içərisində distillə edilmiş suda femtosaniyə lazer ablasiyasının zibilləri təmizləməkdir. Digər bir yanaşma, kanalları şüşə səthinə emal etmək və femtosaniyə lazer qaynağı vasitəsilə şüşə örtüklə möhürləməkdir.
Şəkil 6. Şüşə materialların içərisində mikrofluidik kanallar hazırlamaq üçün femtosaniyə lazerlə induksiya edilmiş selektiv aşındırma
07 İnjektor ucluğunun mikro qazılması
Femtosaniyə lazer mikrodəlik emalı, axın dəlik profillərinin dəyişdirilməsində daha çox rahatlıq və daha qısa emal müddətləri səbəbindən yüksək təzyiqli injektor bazarındakı bir çox şirkətdə mikro-EDM-i əvəz etmişdir. Şüanın fokus mövqeyini və əyilməsini əvvəlcədən işləyən skan başlığı vasitəsilə avtomatik olaraq idarə etmək qabiliyyəti yanma kamerasında atomizasiyanı və ya nüfuzetməni təşviq edə bilən diyafram profillərinin (məsələn, barel, alovlanma, konvergensiya, divergensiya) dizaynına gətirib çıxarmışdır. Qazma müddəti ablyasiya həcmindən asılıdır, qazma qalınlığı 0,2-0,5 mm və deşik diametri 0,12-0,25 mm-dir və bu texnikanı mikro-EDM-dən on dəfə daha sürətli edir. Mikroqazma üç mərhələdə aparılır, o cümlədən pilot dəliklərin kobudlaşdırılması və tamamlanması. Argon, quyu lüləsini oksidləşmədən qorumaq və ilkin mərhələlərdə son plazmanı qorumaq üçün köməkçi qaz kimi istifadə olunur.
Şəkil 7. Dizel mühərrik injektoru üçün tərs konusvari dəliyin femtosaniyə lazerlə yüksək dəqiqliklə işlənməsi
08 Ultra sürətli lazer teksturasiyası
Son illərdə emal dəqiqliyini artırmaq, material zədələnməsini azaltmaq və emal səmərəliliyini artırmaq üçün mikroemal sahəsi tədricən tədqiqatçıların diqqət mərkəzinə çevrilmişdir. Ultrasürətli lazerin aşağı zədələnmə və yüksək dəqiqlik kimi müxtəlif emal üstünlükləri var ki, bu da emal texnologiyasının inkişafını təşviq etmək üçün diqqət mərkəzinə çevrilmişdir. Eyni zamanda, ultrasürətli lazerlər müxtəlif materiallara təsir göstərə bilər və lazerlə emal olunan material zədələnməsi də əsas tədqiqat istiqamətidir. Ultrasürətli lazer materialları ablasiya etmək üçün istifadə olunur. Lazerin enerji sıxlığı materialın ablasiya həddindən yüksək olduqda, ablasiya edilmiş materialın səthi müəyyən xüsusiyyətlərə malik mikro-nano struktur göstərəcəkdir. Tədqiqatlar göstərir ki, bu xüsusi səth quruluşu materialları lazerlə emal edərkən baş verən ümumi bir fenomendir. Səth mikro-nano strukturlarının hazırlanması materialın özünün xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra və həmçinin yeni materialların hazırlanmasına imkan yarada bilər. Bu, ultrasürətli lazerlə səth mikro-nano strukturlarının hazırlanmasını mühüm inkişaf əhəmiyyətinə malik texniki bir üsula çevirir. Hal-hazırda, metal materiallar üçün ultra sürətli lazer səth teksturasiyası üzrə tədqiqatlar metal səthinin islanma xüsusiyyətlərini, səth sürtünməsini və aşınma xüsusiyyətlərini yaxşılaşdıra, örtük yapışmasını və hüceyrələrin istiqamətli proliferasiyasını və yapışmasını artıra bilər.
Şəkil 8. Lazerlə hazırlanmış silikon səthinin superhidrofob xüsusiyyətləri
Ən qabaqcıl emal texnologiyası olaraq, ultra sürətli lazer emalı kiçik istilik təsir zonası, materiallarla qeyri-xətti qarşılıqlı təsir prosesi və difraksiya həddindən artıq yüksək qətnaməli emal xüsusiyyətlərinə malikdir. Müxtəlif materialların yüksək keyfiyyətli və yüksək dəqiqlikli mikro-nano emalını və üçölçülü mikro-nano struktur istehsalını həyata keçirə bilər. Xüsusi materialların, mürəkkəb strukturların və xüsusi cihazların lazer istehsalına nail olmaq mikro-nano istehsalı üçün yeni yollar açır. Hazırda femtosaniyə lazeri bir çox qabaqcıl elmi sahələrdə geniş istifadə olunur: femtosaniyə lazeri mikrolinza massivləri, bionik birləşmə gözləri, optik dalğa bələdçiləri və metasəthlər kimi müxtəlif optik cihazlar hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər; yüksək dəqiqliyi, yüksək qətnaməsi və üçölçülü emal imkanlarından istifadə edərək femtosaniyə lazeri mikroqızdırıcı komponentləri və üçölçülü mikro-flüidik kanallar kimi mikroflüidik və optoflüidik çipləri hazırlaya və ya inteqrasiya edə bilər; Bundan əlavə, femtosaniyəli lazer əks-əks etmə, əks-əks etmə, superhidrofob, buzlanma əleyhinə və digər funksiyalara nail olmaq üçün müxtəlif növ səth mikro-nanostrukturları da hazırlaya bilər; bununla yanaşı, femtosaniyəli lazer biotibb sahəsində də tətbiq olunaraq bioloji mikro-stentlər, hüceyrə kulturası substratları və bioloji mikroskopik görüntüləmə kimi sahələrdə üstün performans nümayiş etdirir. Geniş tətbiq perspektivləri. Hazırda femtosaniyəli lazer emalının tətbiq sahələri ildən-ilə genişlənir. Yuxarıda qeyd olunan mikro-optika, mikrofluidika, çoxfunksiyalı mikro-nanostrukturlar və biotibbi mühəndislik tətbiqlərinə əlavə olaraq, metasəth hazırlığı, mikro-nano istehsalı və çoxölçülü optik məlumatların saxlanması və s. kimi bəzi inkişaf etməkdə olan sahələrdə də böyük rol oynayır.
Yazı vaxtı: 17 aprel 2024
