150μm 미만의 미세 가공에 어떤 방법이 효율적이고 신뢰할 수 있습니까?

실린더 내 직접 분사 기술의 새로운 세대는 자동차 엔진 분야의 주류 기술입니다. 연료 인젝터를 통해 실린더에 연료를 정확하게 분사하고 흡입 공기와 완전히 혼합하여 각 연료 방울의 효과에 완전한 기능을 제공합니다.

아래 그림에서 알 수 있듯이 인젝터에는 직경이 150마이크론 미만인 미세 기공이 분포되어 있습니다. 구멍 직경, 표면 거칠기, 위치, 모양 등은 인젝터의 성능에 직접적인 영향을 미치므로 엄격한 처리 요구 사항이 있습니다. 동시에 비용 효율성을 달성하기 위해 각 미세 구멍의 처리 시간을 몇 초 이내로 제어해야 합니다.

따라서 문제는 인젝터 미세 구멍의 처리 요구 사항이 기존 기계 드릴링 기술의 용량을 훨씬 능가한다는 것입니다. 이러한 미세 구멍을 정확하게 처리하기 위해 어떤 공정이 사용됩니까?

전통적인 가공 방식 vs 혁신적인 마이크로 홀 가공 기술

현재 인젝터의 일반적인 미세 구멍 가공 방법에는 주로 기계 드릴링, EDM 및 펨토초 레이저 가공이 포함됩니다.

기계 드릴링 비용이 가장 높습니다. 작은 구멍을 뚫는 도구는 고가이고 가공 과정에서 마모되기 쉽고 도구는 미세 구멍 가공의 일관성과 제품 수율에 직접적인 영향을 미치는 파손 위험이 있으며 소모품 비용이 높습니다.

EDM은 크기가 기계적 드릴링보다 약간 유연하지만 가공 효율이 낮고 표면 거칠기가 이상적이지 않습니다. 특히, 가공된 표면에 재용융층이 있을 것입니다. 동시에 전극 비용과 공정의 안정성도 고려해야 합니다.

그러나 펨토초 레이저는 가공 과정에서 열을 생성할 수 없으며 펨토초 레이저로 가공된 미세 구멍에는 재용융층과 버가 없어 더 선명한 모서리와 더 나은 표면 품질을 얻을 수 있으므로 노즐 수명이 연장됩니다.

직경 150μm, 깊이 0.5mm의 구멍을 예로 들어 EDM과 펨토초 레이저의 가공 결과를 비교합니다.

그림의 왼쪽은 EDM으로 가공된 미세 구멍을 보여주고 오른쪽은 펨토초 레이저로 가공된 미세 구멍을 보여줍니다.

우리가 레이저 가공에 익숙하지 않다는 점은 언급할 가치가 있습니다. 그렇다면 우리가 자주 듣는 펨토초 레이저와 나노초 레이저 및 피코초 레이저의 차이점은 무엇입니까?

먼저 시간 단위 변환을 명확히 합시다

1ms =0.001s=10^-3에스&nb에스p;

1μs=0.000001s=10^-6에스 

1ns=0.0000000001s=10^-9에스

1ps =0.0000000000001s=10^-12에스

1fs = 0.000000000000001s=10^-15에스

시간 단위를 이해하면 펨토초 레이저가 매우 짧은 펄스 레이저 가공임을 알 수 있으므로 실제로 고정밀 가공에 적합할 수 있습니다.

나노초 레이저 드릴 구멍, 피코초 레이저 드릴 구멍 및 펨토초 레이저 드릴 구멍이 있습니다.

펨토초 레이저의 작동 메커니즘

펨토초 레이저가 금속 및 비금속 가공에 작용하면 원리가 완전히 다릅니다. 금속 표면에는 많은 수의 자유 전자가 있습니다. 레이저가 금속 표면을 조사하면 자유 전자가 즉시 가열되어 전자가 수십 초 동안 충돌합니다. 자유 전자는 결정 격자에 에너지를 전달하고 정공을 형성합니다. 그러나 자유전자 충돌의 에너지는 이온보다 훨씬 작아 에너지를 전도하는데 오랜 시간이 걸린다. 그러나 이 문제는 중국 과학자들에 의해 해결되었습니다.

펨토초 레이저가 비금속 물질에 작용하면 물질 표면에 자유 전자가 거의 없기 때문에 레이저 조사 전에 물질 표면을 이온화하여 자유 전자를 생성해야 합니다. 나머지 링크는 금속 재료와 일치합니다. 펨토초 레이저를 이용하여 마이크로 홀을 가공하면 초기에 작은 피트가 형성된다. 펄스 수가 증가함에 따라 피트의 깊이가 증가합니다. 그러나 깊이가 증가함에 따라 잔해가 구덩이 바닥에서 날아가는 것이 점점 더 어려워집니다. 결과적으로 바닥으로의 레이저 전파 에너지는 점점 줄어들고 깊이의 포화 상태는 증가 할 수 없습니다. 즉, 미세 구멍이 뚫립니다.

새로운 펨토초 레이저 기술의 적용

펨토초 레이저 신기술의 적용은 이제 막 등장하고 있습니다. 주요 응용 산업은 반도체 산업, 태양 에너지 산업(특히 박막 기술), 평면 디스플레이 산업, 합금 미세 주조, 정밀 조리개 및 전극 구조 가공, 항공 난해한 재료 가공, 의료 장비 및 기타 분야입니다!

중국제 2025년을 배경으로 전통적인 산업 제조 산업은 큰 변화에 직면해 있습니다. 방향 중 하나는 효율성을 높이고 더 높은 부가가치와 높은 기술적 장벽을 갖춘 고급 정밀 가공으로 전환하는 것입니다. 레이저 가공은 이 주제와 완전히 일치합니다. 레이저 및 레이저 가공 장비는 소비자 전자 터치 스크린 모듈 생산, 반도체 웨이퍼 다이싱 등과 같은 고급 3C 제조 분야에서 등장했으며 사파이어 가공, 곡면 유리 및 세라믹 생산에서 새로운 응용 전망을 보여줍니다.

3C 산업

펨토초 레이저는 대표적인 초단파 펄스 레이저의 대표주자로서 펄스 폭이 매우 짧고 피크 파워가 매우 높은 특성을 가지고 있습니다. 그것은 광범위한 가공 대상을 가지고 있으며 특히 사파이어, 유리, 세라믹 등과 같은 취성 재료 및 열에 민감한 재료 가공에 적합하므로 전자 산업의 미세 가공 산업에 적합합니다.

주된 이유는 지난해부터 휴대폰에 지문인식 모듈을 적용하면서 펨토초 레이저를 구매하게 되었기 때문이다. 지문 모듈에는 레이저 가공이 포함됩니다. ① 웨이퍼 다이싱, ② 칩 커팅, ③ 커버 커팅, ④ FPC 소프트 보드 윤곽 커팅 및 드릴링, ⑤ 레이저 마킹 등 그 중 사파이어/유리 커버 플레이트 및 IC 칩이 주로 가공됩니다. Apple 6는 2015년부터 공식적으로 지문 인식을 사용하며 많은 국내 브랜드의 인기를 홍보했습니다. 현재 지문 인식의 보급률은 50% 미만입니다. 따라서 지문인식 모듈 가공에 사용되는 레이저 기계의 개발 공간은 여전히 큽니다.

동시에 레이저 기계는 PCB 드릴링, 웨이퍼 다이싱 절단 등에도 사용할 수 있으며 응용 분야는 지속적으로 확장되고 있습니다. 특히 향후 휴대폰에 사파이어, 세라믹 등 고부가가치 취성재료가 적용됨에 따라 레이저 가공장비는 3C 자동화 장비의 중요한 부분이 될 전망이다. 우리는 펨토초 레이저가 미래에 3C 자동 가공 장비 분야에서 광범위하고 심오한 역할을 할 것이라고 믿습니다.

항공기 엔진

오랫동안 중국의 엔진 제조 기술은 항상 항공 우주 산업의 발전을 제한하는 병목이었습니다. 제품의 품질은 두 가지 측면에서 표준에 미치지 못합니다. 하나는 재료 기술입니다. 다른 하나는 재료 가공 기술입니다. 펨토초 레이저 드릴이 이 문제를 해결합니다!

항공우주 분야에서 가스터빈은 엔진의 3대 핵심 부품 중 첫 번째로, 성능이 엔진의 품질을 직접적으로 좌우합니다. 그러나, 항공기 엔진의 터빈 블레이드의 작동 온도는 최소 1400℃이므로 고온 부품, 특히 블레이드에 대한 정확한 냉각 기술을 사용할 필요가 있습니다.

블레이드 냉각은 일반적으로 직경이 다른 많은 수의 필름 구멍에 의해 달성됩니다. 구멍 직경은 약 100~700μm이며 공간 분포가 복잡합니다. 대부분은 15 °에서 90 ° 범위의 각도를 가진 경사 구멍입니다. 냉각 효율을 향상시키기 위해 구멍의 모양이 종종 부채꼴 또는 직사각형이므로 가공에 큰 어려움이 있습니다. 현재 주류 방법은 고속 EDM이지만 공구 전극 제조가 매우 어렵고 가공 부품이 마모되기 쉽고 가공 속도가 느리고 구멍에서 가공 칩을 제거하기 어렵고 그렇지 않습니다. 방열이 쉽기 때문에 대량 생산에는 적합하지 않습니다.

또한 현대 엔진 블레이드의 표면은 일반적으로 세라믹 소재인 열 차단 코팅층으로 덮여 있으며 이는 미래의 첨단 엔진 제조의 핵심 기술인 기존 EDM으로는 가공할 수 없습니다. 엔진 블레이드 재료의 비금속화가 개발됨에 따라 EDM은 더욱 신뢰할 수 없게 되었습니다. 펨토초 레이저 가공은 광범위한 적응성, 높은 위치 정확도, 기계적 변형 없음, 직접 접촉 없음 등과 같은 많은 장점이 있습니다. 마이크로 홀 가공에 매우 적합합니다.

의료

현재 안과 굴절 치료에 사용되는 모든 펨토초 레이저는 펨토초 기술의 의료 응용 분야에서 가장 성숙한 장치 중 하나여야 합니다. 확장기, 내시경 및 카테터 처리 등이 있습니다.

의학적 치료에서는 장펄스 레이저에 비해 펨토초 레이저 에너지가 고농축되어 작용 중 열전달 효과가 거의 없으므로 의학적 응용에서 매우 중요한 주변 환경의 온도 상승을 일으키지 않습니다. 레이져 수술. 한편으로는 몇 도의 온도 상승이 순간적으로 압력파가 되어 신경 세포에 전달되어 통증을 유발합니다. 반면에 생물학적 조직에 치명적인 손상을 줄 수 있습니다. 따라서 펨토초 레이저는 통증이 없고 비침습적인 안전한 치료를 달성할 수 있습니다.

펨토초 레이저 드릴링 기술의 혁신

펨토초 레이저 드릴링 기술은 이러한 마력을 가지고 있지만 그 발전도 매우 어렵고 특히 시스템 통합 및 기술 공학의 노력으로 여러 가지 어려움이 있으며 출력 전력도 제한적입니다. 또한, 어떻게 완전한 미세다공성 가공 산업을 형성할 것인가도 세계적인 문제입니다. 그러나 중국 과학자들의 노력을 통해 우리는 시스템의 실용성과 통합을 실현했을뿐만 아니라 다양한 형태의 미세 기공으로 개인 맞춤화 할 수있는 나사 가공 기술을 발명했습니다. 세계에서의 위치.

오늘날 국내외 자동차 산업의 배기 가스 표준이 점진적으로 업그레이드됨에 따라 인젝터 제조업체와 OEM의 과제는 점점 더 심각해지고 있습니다. 전통적인 둥근 구멍은 고객의 요구를 충족시킬 수 없습니다. 제조업체는 요구 사항을 충족하기 위해 지속적으로 특별하고 새로운 노즐 모양을 찾고 개발하고 있습니다. 펨토초 레이저 가공의 유연성과 장점은 점점 더 분명해지고 있습니다.

특별하고 새로운 스프레이 구멍 모양