Չնայած գերարագ լազերները գոյություն ունեն տասնամյակների ընթացքում, վերջին երկու տասնամյակում արդյունաբերական կիրառությունները արագորեն աճել են: 2019 թվականին ultrafast-ի շուկայական արժեքըլազերային նյութվերամշակումը կազմել է մոտ 460 մլն ԱՄՆ դոլար, 13% տարեկան աճի բարդ տեմպերով: Կիրառման ոլորտները, որտեղ գերարագ լազերները հաջողությամբ օգտագործվել են արդյունաբերական նյութերի մշակման համար, ներառում են ֆոտոդիմակների պատրաստում և վերանորոգում կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ, ինչպես նաև սիլիցիումի խորանարդի կտրում, ապակու կտրում/գրում և (ինդիումի անագի օքսիդ) ITO թաղանթի հեռացում սպառողական էլեկտրոնիկայի մեջ, ինչպիսիք են բջջային հեռախոսները և պլանշետները: , մխոցային հյուսվածքներ ավտոմոբիլային արդյունաբերության համար, կորոնար ստենտների արտադրություն և միկրոհեղուկ սարքերի արտադրություն բժշկական արդյունաբերության համար:
01 Ֆոտոդիմակների արտադրություն և վերանորոգում կիսահաղորդչային արդյունաբերությունում
Գերարագ լազերները օգտագործվել են նյութերի մշակման ամենավաղ արդյունաբերական կիրառություններից մեկում: IBM-ը հաղորդել է 1990-ականներին ֆոտոդիմակների արտադրության մեջ ֆեմտովայրկյան լազերային աբլացիայի կիրառման մասին: Համեմատած նանովայրկյան լազերային աբլյացիայի հետ, որը կարող է առաջացնել մետաղի ցայտում և ապակու վնաս, ֆեմտովայրկյանային լազերային դիմակները ցույց չեն տալիս մետաղի ցրում, ապակու վնաս և այլն: Առավելությունները: Այս մեթոդը օգտագործվում է ինտեգրալ սխեմաների (IC) արտադրության համար: IC չիպի արտադրությունը կարող է պահանջել մինչև 30 դիմակ և արժե ավելի քան $100,000: Ֆեմտովայրկյան լազերային մշակումը կարող է մշակել 150 նմ-ից ցածր գծեր և կետեր:
Նկար 1. Ֆոտոդիմակների պատրաստում և վերանորոգում
Նկար 2. Ծայրահեղ ուլտրամանուշակագույն լիտոգրաֆիայի համար դիմակների տարբեր ձևերի օպտիմալացման արդյունքները
02 Սիլիցիումի կտրում կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ
Սիլիկոնային վաֆլի կտրումը ստանդարտ արտադրական գործընթաց է կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ և սովորաբար իրականացվում է մեխանիկական խորանարդի միջոցով: Այս կտրող անիվները հաճախ ունենում են միկրոճաքեր և դժվար է կտրել բարակ (օրինակ՝ 150 մկմ հաստությամբ) վաֆլիները: Սիլիկոնային վաֆլիների լազերային կտրումը երկար տարիներ օգտագործվել է կիսահաղորդչային արդյունաբերության մեջ, հատկապես բարակ վաֆլիների համար (100-200 մկմ), և իրականացվում է մի քանի փուլով. սիլիկոնային գրություն), որին հաջորդում է մեխանիկական ժապավենի բաժանումը: Նանվայրկյան իմպուլսային լազերը կարող է ժամում մշակել 15 վաֆլի, իսկ պիկովայրկյանական լազերը կարող է ժամում մշակել 23 վաֆլի՝ ավելի բարձր որակով։
03 Սպառվող էլեկտրոնիկայի արդյունաբերության մեջ ապակու կտրում/փակում
Բջջային հեռախոսների և նոթբուքերի համար սենսորային էկրաններն ու պաշտպանիչ ակնոցները դառնում են ավելի բարակ, իսկ որոշ երկրաչափական ձևեր՝ կոր։ Սա ավելի է դժվարացնում ավանդական մեխանիկական կտրումը: Տիպիկ լազերները սովորաբար արտադրում են կտրվածքի վատ որակ, հատկապես, երբ այս ապակե էկրանները դրված են 3-4 շերտով, իսկ վերին 700 մկմ հաստությամբ պաշտպանիչ ապակին կոփված է, ինչը կարող է կոտրվել տեղայնացված սթրեսից: Ցույց է տրվել, որ գերարագ լազերները կարող են կտրել այս ակնոցները ավելի լավ եզրերի ամրությամբ: Մեծ հարթ պանել կտրելու համար ֆեմտովայրկյանական լազերը կարող է կենտրոնանալ ապակե թերթիկի հետևի մակերեսի վրա՝ քերծելով ապակու ներսը՝ առանց դիմացի մակերեսը վնասելու: Ապակին կարող է այնուհետև կոտրվել՝ օգտագործելով մեխանիկական կամ ջերմային միջոցներ՝ գծված օրինակով:
Նկար 3. Picosecond գերարագ լազերային ապակու հատուկ ձևի կտրում
04 Մխոցային հյուսվածքներ ավտոմոբիլային արդյունաբերության մեջ
Ավտոմեքենաների թեթև շարժիչները պատրաստված են ալյումինե համաձուլվածքներից, որոնք մաշվածության դիմացկուն չեն, ինչպես չուգունը։ Ուսումնասիրությունները պարզել են, որ մեքենայի մխոցների հյուսվածքների ֆեմտովայրկյան լազերային մշակումը կարող է նվազեցնել շփումը մինչև 25%-ով, քանի որ աղբը և յուղը կարող են արդյունավետ կերպով պահպանվել:
Նկար 4. Ավտոմոբիլային շարժիչի մխոցների ֆեմտովայրկյան լազերային մշակում՝ շարժիչի աշխատանքը բարելավելու համար
05 Կորոնարային ստենտների արտադրություն բժշկական արդյունաբերության մեջ
Միլիոնավոր կորոնար ստենտներ տեղադրվում են մարմնի կորոնար զարկերակների մեջ, որպեսզի արյան հոսքը բացվի այլ կերպ մակարդված անոթների մեջ՝ փրկելով միլիոնավոր կյանքեր ամեն տարի: Կորոնարային ստենտները սովորաբար պատրաստված են մետաղից (օրինակ՝ չժանգոտվող պողպատից, նիկել-տիտանի ձևի հիշողության համաձուլվածքից կամ վերջերս կոբալտ-քրոմի համաձուլվածքից) մետաղական ցանցից՝ հենարանի լայնությունը մոտավորապես 100 մկմ: Երկար իմպուլսային լազերային կտրման համեմատ՝ փակագծերը կտրելու համար գերարագ լազերների օգտագործման առավելություններն են՝ կտրվածքի բարձր որակը, մակերեսի ավելի լավ ավարտը և ավելի քիչ աղբը, ինչը նվազեցնում է հետմշակման ծախսերը:
06 Բժշկական արդյունաբերության համար միկրոհեղուկ սարքերի արտադրություն
Microfluidic սարքերը սովորաբար օգտագործվում են բժշկական արդյունաբերության մեջ հիվանդությունների փորձարկման և ախտորոշման համար: Սրանք սովորաբար արտադրվում են առանձին մասերի միկրո ներարկման ձուլման միջոցով, այնուհետև կապում են սոսնձման կամ եռակցման միջոցով: Միկրոհեղուկ սարքերի գերարագ լազերային արտադրությունն ունի թափանցիկ նյութերի, օրինակ՝ ապակիների մեջ 3D միկրոալիքներ արտադրելու առավելություն՝ առանց միացումների անհրաժեշտության: Մեթոդներից մեկը գերարագ լազերային արտադրությունն է մեծածավալ ապակու ներսում, որին հաջորդում է թաց քիմիական փորագրումը, և մյուսը ֆեմտովայրկյանական լազերային աբլացիա է ապակու կամ պլաստիկի ներսում թորած ջրի մեջ՝ աղբը հեռացնելու համար: Մեկ այլ մոտեցում է մեքենայական ալիքները ապակու մակերեսի մեջ և դրանք ապակե ծածկով փակելը ֆեմտովայրկյան լազերային եռակցման միջոցով:
Նկար 6. Ֆեմտովայրկյան լազերային սելեկտիվ փորագրում ապակե նյութերի ներսում միկրոհեղուկ ալիքներ պատրաստելու համար
07 Ինժեկտորի վարդակի միկրո հորատում
Ֆեմտովայրկյան լազերային միկրոանցքով մշակումը փոխարինել է միկրո-EDM-ին բարձր ճնշման ներարկիչների շուկայում շատ ընկերություններում՝ հոսքի անցքերի պրոֆիլների փոփոխման ավելի մեծ ճկունության և մշակման ավելի կարճ ժամանակների շնորհիվ: Ֆոկուսի դիրքը և ճառագայթի թեքությունն ավտոմատ կերպով կառավարելու ունակությունը նախապես սկանավորող գլխի միջոցով հանգեցրել է բացվածքի պրոֆիլների նախագծմանը (օրինակ՝ տակառ, բռնկում, կոնվերգենցիա, շեղում), որոնք կարող են նպաստել այրման պալատի ատոմացմանը կամ ներթափանցմանը: Հորատման ժամանակը կախված է աբլյացիայի ծավալից՝ 0,2 – 0,5 մմ փորվածքի հաստությամբ և 0,12 – 0,25 մմ անցքի տրամագծով, ինչը այս տեխնիկան դարձնում է տասն անգամ ավելի արագ, քան micro-EDM-ը: Միկրոփորումն իրականացվում է երեք փուլով, ներառյալ միջանցքային անցքերի կոպտացումը և ավարտումը: Արգոնն օգտագործվում է որպես օժանդակ գազ՝ հորատանցքը օքսիդացումից պաշտպանելու և սկզբնական փուլերում վերջնական պլազման պաշտպանելու համար:
Նկար 7. Դիզելային շարժիչի ներարկիչի շրջված կոն անցքի ֆեմտվայրկյանական լազերային բարձր ճշգրտության մշակում
08 Գերարագ լազերային տեքստուրավորում
Վերջին տարիներին, մշակման ճշգրտությունը բարելավելու, նյութական վնասը նվազեցնելու և մշակման արդյունավետությունը բարձրացնելու նպատակով, միկրոմեքենաների ոլորտը աստիճանաբար դարձել է հետազոտողների ուշադրության կենտրոնում: Ուլտրաարագ լազերն ունի մշակման տարբեր առավելություններ, ինչպիսիք են ցածր վնասը և բարձր ճշգրտությունը, ինչը դարձել է մշակման տեխնոլոգիայի զարգացման խթանման կենտրոնը: Միևնույն ժամանակ, գերարագ լազերները կարող են գործել տարբեր նյութերի վրա, և լազերային մշակման նյութի վնասը նույնպես հետազոտական հիմնական ուղղություն է: Գերարագ լազերային օգտագործվում է նյութերի հեռացման համար: Երբ լազերի էներգիայի խտությունը ավելի բարձր է, քան նյութի աբլյացիոն շեմը, ապա աբլացիոն նյութի մակերեսը ցույց կտա որոշակի բնութագրերով միկրո-նանո կառուցվածք: Հետազոտությունները ցույց են տալիս, որ այս հատուկ մակերեսային կառուցվածքը սովորական երեւույթ է, որը տեղի է ունենում նյութերի լազերային մշակման ժամանակ: Մակերեւութային միկրո-նանո կառուցվածքների պատրաստումը կարող է բարելավել բուն նյութի հատկությունները և նաև հնարավորություն տալ նոր նյութերի մշակմանը: Սա ուլտրարագ լազերով մակերևութային միկրոնանո կառուցվածքների պատրաստումը դարձնում է զարգացման կարևոր նշանակություն ունեցող տեխնիկական մեթոդ։ Ներկայումս մետաղական նյութերի համար գերարագ լազերային մակերևույթի տեքստուրավորման հետազոտությունը կարող է բարելավել մետաղի մակերեսի խոնավացման հատկությունները, բարելավել մակերեսի շփման և մաշվածության հատկությունները, բարձրացնել ծածկույթի կպչունությունը և բջիջների ուղղորդված տարածումն ու կպչունությունը:
Նկար 8. Լազերային պատրաստված սիլիցիումի մակերեսի գերհիդրոֆոբ հատկությունները
Որպես վերամշակման առաջադեմ տեխնոլոգիա, գերարագ լազերային մշակումն ունի փոքր ջերմության ազդեցության գոտի, նյութերի հետ փոխազդեցության ոչ գծային գործընթացի և դիֆրակցիոն սահմանից դուրս բարձր լուծաչափի մշակման բնութագրերը: Այն կարող է իրականացնել տարբեր նյութերի բարձրորակ և բարձր ճշգրտության միկրո-նանո մշակում: և եռաչափ միկրո-նանո կառուցվածքների պատրաստում: Հատուկ նյութերի, բարդ կառուցվածքների և հատուկ սարքերի լազերային արտադրության ձեռքբերումը նոր ուղիներ է բացում միկրո-նանո արտադրության համար: Ներկայումս ֆեմտովայրկյանային լազերը լայնորեն կիրառվում է շատ առաջադեմ գիտական ոլորտներում. ֆեմտովայրկյանային լազերը կարող է օգտագործվել տարբեր օպտիկական սարքեր պատրաստելու համար, ինչպիսիք են միկրոոսպնյակների զանգվածները, բիոնիկ միացությունների աչքերը, օպտիկական ալիքատարները և մետամակերևույթները; օգտագործելով իր բարձր ճշգրտությունը, բարձր լուծաչափը և եռաչափ մշակման հնարավորություններով, ֆեմտովայրկյանական լազերը կարող է պատրաստել կամ ինտեգրել միկրոհեղուկ և օպտոֆլյուիդային չիպեր, ինչպիսիք են միկրոջեռուցիչի բաղադրիչները և եռաչափ միկրոհեղուկ ալիքները. Բացի այդ, ֆեմտովայրկյան լազերը կարող է նաև պատրաստել տարբեր տեսակի մակերևութային միկրո-նանոկառուցվածքներ՝ հակաարտացոլման, հակաարտացոլման, գերհիդրոֆոբիկ, հակասառցակալման և այլ գործառույթների հասնելու համար. ոչ միայն դա, ֆեմտովայրկյան լազերը կիրառվել է նաև կենսաբժշկության ոլորտում՝ ցույց տալով ակնառու կատարում այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են կենսաբանական միկրոստենտները, բջիջների կուլտուրայի սուբստրատները և կենսաբանական մանրադիտակային պատկերումը: Կիրառման լայն հեռանկարներ. Ներկայումս ֆեմտովայրկյանային լազերային մշակման կիրառական ոլորտները տարեցտարի ընդլայնվում են։ Ի լրումն վերը նշված միկրոօպտիկայի, միկրոհեղուկների, բազմաֆունկցիոնալ միկրո-նանոկառուցվածքների և կենսաբժշկական ինժեներական կիրառությունների, այն նաև մեծ դեր է խաղում որոշ զարգացող ոլորտներում, ինչպիսիք են մետամակերևույթի պատրաստումը: , միկրո-նանո արտադրություն և օպտիկական տեղեկատվության բազմաչափ պահպանում և այլն:
Հրապարակման ժամանակը՝ Ապրիլ-17-2024
