150 μm'den Küçük Mikro İşleme için Hangi Yöntem Verimli ve Güvenilirdir?

Silindir içi doğrudan enjeksiyon teknolojisinin yeni nesli, otomobil motoru alanındaki ana teknolojidir. Yakıt enjektörü aracılığıyla silindire yakıtı doğru bir şekilde enjekte eder ve her bir damla yakıtın etkisine tam işlev vermek için emme havası ile tam olarak karışır.

Aşağıdaki şekilde görüldüğü gibi enjektör üzerinde dağılmış çapı 150 mikrondan küçük mikro gözenekler bulunmaktadır. Delik çapı, yüzey pürüzlülüğü, konumu, şekli vb. enjektörün performansını doğrudan etkiler, bu nedenle katı işleme gereksinimleri vardır. Aynı zamanda, maliyet etkinliğini sağlamak için, her bir mikro deliğin işlem süresinin birkaç saniye içinde kontrol edilmesi gerekmektedir.

Dolayısıyla sorun, enjektör mikro deliklerinin işleme gereksinimlerinin geleneksel mekanik delme teknolojisi kapasitesinin çok ötesinde olmasıdır. Bu mikro delikleri doğru bir şekilde işlemek için hangi süreç kullanılır?

Geleneksel işleme yöntemine karşı yenilikçi mikro delik işleme teknolojisi

Şu anda, enjektörün yaygın mikro delik işleme yöntemleri esas olarak mekanik delme, EDM ve femtosaniye lazer işlemeyi içerir.

Mekanik delme maliyeti en yüksektir. Küçük delikleri delmek için kullanılan takım pahalı olduğundan, işleme sürecinde aşınması kolaydır ve takım, mikro delik işlemenin tutarlılığını ve ürün verimini doğrudan etkileyen kırılma riskine sahiptir ve sarf malzemelerinin maliyeti yüksektir.

EDM boyut olarak mekanik delmeye göre biraz daha esnek olmasına rağmen işleme verimi düşüktür ve yüzey pürüzlülüğü ideal değildir. Özellikle işlenmiş yüzeyde yeniden eritme tabakası olacaktır. Aynı zamanda elektrot maliyetini ve prosesin stabilitesini de dikkate almalıyız.

Bununla birlikte, femtosaniye lazer, işleme sürecinde ısı üretemez ve femtosaniye lazer tarafından işlenen mikro delik, daha net keskin kenar ve daha iyi yüzey kalitesi elde edebilen yeniden erime tabakası ve çapak içermez, böylece meme ömrünü uzatır.

Örnek olarak 150 μm çapında ve 0,5 mm derinliğinde bir delik alınarak, EDM ve femtosaniye lazerin işleme sonuçları karşılaştırılmıştır.

Şeklin sol tarafı EDM ile işlenmiş mikro deliği, sağ tarafı ise femtosaniye lazer ile işlenmiş mikro deliği göstermektedir.

Lazer işlemeye yabancı olmadığımızı belirtmekte fayda var. Peki, femtosaniye lazer ile nanosaniye lazer ve sıklıkla duyduğumuz pikosaniye lazer arasındaki fark nedir?

Önce zaman birimi dönüşümünü netleştirelim

1ms =0,001s=10^-3s 

1μs=0,000001s=10^-6s 

1ns=0.0000000001s=10^-9s

1ps =0.0000000000001s=10^-12s

1fs =0.0000000000001s=10^-15s

Zaman birimini anlarsak, femtosaniye lazerin son derece kısa darbeli lazer işleme olduğunu bileceğiz, bu nedenle yalnızca yüksek hassasiyetli işleme için gerçekten yetkin olabilir.

Nanosaniye lazer delme deliği, pikosaniye lazer delme deliği ve femtosaniye lazer delme delikleri vardır.

Femtosaniye lazerin çalışma mekanizması

Femtosaniye lazer metal ve ametal işlemeye etki ettiğinde, prensip tamamen farklıdır. Metal yüzeyinde çok sayıda serbest elektron vardır. Lazer metal yüzeyi ışınladığında, serbest elektronlar anında ısıtılacak ve elektronlar onlarca saniyede çarpışacaktır. Serbest elektronlar enerjiyi kristal kafese iletecek ve delikler oluşturacaktır. Bununla birlikte, serbest elektron çarpışmasının enerjisi iyonlarınkinden çok daha küçüktür, bu nedenle enerjiyi iletmek uzun zaman alır. Ancak bu sorun Çinli bilim adamları tarafından çözüldü.

Femtosaniye lazer metalik olmayan malzemelere etki ettiğinde, malzemelerin yüzeyinde az sayıda serbest elektron bulunduğundan, malzemelerin yüzeyi lazer ışımasından önce iyonize edilmeli ve daha sonra serbest elektronlar oluşturulmalıdır. Kalan bağlantılar metal malzemelerle uyumludur. Mikro delikleri işlemek için femtosaniye lazer kullanıldığında, ilk aşamada küçük bir çukur oluşur. Darbe sayısının artmasıyla çukur derinliği artar. Ancak derinliğin artmasıyla enkazın çukur tabanından dışarı fırlaması giderek zorlaşıyor. Sonuç olarak, lazerin tabana yayılma enerjisi giderek azalır ve derinliğin doygunluk durumu arttırılamaz, yani bir mikro delik açılır.

Yeni femtosaniye lazer teknolojisinin uygulanması

Femtosaniye lazer yeni teknolojisinin uygulanması yeni ortaya çıkıyor. Ana uygulama endüstrileri şunları içerir: yarı iletken endüstrisi, güneş enerjisi endüstrisi (özellikle ince film teknolojisi), düzlemsel görüntüleme endüstrisi, alaşımlı mikro döküm, hassas açıklık ve elektrot yapısı işleme, havacılık zor malzeme işleme, tıbbi ekipman ve diğer alanlar!

Made in China 2025'in arka planında, geleneksel endüstriyel imalat endüstrisi derin bir dönüşümle karşı karşıya. Yönlerden biri, verimliliği artırmak ve daha yüksek katma değere ve daha yüksek teknik engellere sahip üst düzey hassas işlemeye yönelmektir. Lazer işleme tamamen bu tema ile uyumludur. Lazerler ve lazer işleme ekipmanları, tüketici elektroniği dokunmatik ekran modülü üretimi, yarı iletken gofret dilimleme vb. gibi üst düzey 3C üretim alanlarında ortaya çıktı ve safir işleme, kavisli cam ve seramik üretiminde yeni uygulama beklentileri gösteriyor.

3C endüstrisi

Ultra kısa darbeli lazerin tipik bir temsilcisi olan femtosaniye lazer, ultra kısa darbe genişliği ve ultra yüksek tepe gücü özelliklerine sahiptir. Özellikle kırılgan malzemelerin ve safir, cam, seramik vb. gibi ısıya duyarlı malzemelerin işlenmesi için uygun olan çok çeşitli işleme nesnelerine sahiptir, bu nedenle elektronik endüstrisinde mikro işleme endüstrisi için uygundur.

Bunun temel nedeni, geçtiğimiz yıldan beri cep telefonlarında parmak izi tanıma modülünün uygulanmasının femtosaniye lazer alımına yol açmasıdır. Parmak izi modülü lazer işlemeyi içerir: ① gofret dilimleme, ② talaş kesme, ③ kapak kesme, ④ FPC yumuşak tahta kontur kesme ve delme, ⑤ lazer markalama, vb. Bunların arasında Safir / cam kapak plakası ve IC yongası esas olarak işlenir. Apple 6, 2015'ten beri resmi olarak parmak izi tanımlamayı kullanıyor ve bir dizi yerli markanın popülaritesini artırıyor. Şu anda, parmak izi tanımlamanın penetrasyon oranı 50%'den azdır. Bu nedenle, parmak izi tanımlama modülünü işlemek için kullanılan lazer makinesi için hala geniş bir geliştirme alanı var.

Aynı zamanda, lazer makinesi PCB delme, gofret küp kesme vb. işlemlerde de kullanılabilir ve uygulama alanı sürekli genişlemektedir. Özellikle gelecekte cep telefonlarında safir ve seramik gibi katma değeri yüksek kırılgan malzemelerin uygulanması ile lazer işleme ekipmanları 3C otomasyon ekipmanlarının önemli bir parçası haline gelecektir. Femtosaniye lazerin gelecekte 3C otomatik işleme ekipmanı alanında geniş ve derin bir rol oynayacağına inanıyoruz.

uçak motoru

Çin'in motor üretim teknolojisi, uzun süredir havacılık endüstrisinin gelişimini kısıtlayan bir darboğaz olmuştur. Ürünlerin kalitesi iki açıdan standartlara uygun değil: biri malzeme teknolojisi; diğeri ise malzeme işleme teknolojisidir. Femtosaniye lazer delme bu sorunu çözer!

Havacılık alanında, gaz türbini motorun üç temel bileşeninden ilkidir ve performansı motorun kalitesini doğrudan belirler. Bununla birlikte, uçak motorunun türbin kanadının çalışma sıcaklığı en az 1400 ℃'dir, bu nedenle yüksek sıcaklıktaki parçalar, özellikle kanatlar için doğru soğutma teknolojisi kullanmak gerekir.

Bıçak soğutması genellikle farklı çaplarda çok sayıda film deliği ile sağlanır. Delik çapı yaklaşık 100 ~ 700 μm'dir ve uzamsal dağılım karmaşıktır. Çoğu, açıları 15 ° ila 90 ° arasında değişen eğimli deliklerdir. Soğutma verimliliğini artırmak için, deliklerin şekli genellikle fan şeklinde veya dikdörtgen şeklindedir, bu da işlemeyi büyük ölçüde zorlaştırır. Şu anda, ana yöntem yüksek hızlı EDM'dir, ancak takım elektrotu üretimi son derece zordur, işlenmiş parçaların aşınması kolaydır, işleme hızı yavaştır, delikteki işleme talaşlarını çıkarmak zordur, değil ısı dağılımı kolaydır, bu nedenle seri üretim için uygun değildir.

Ek olarak, modern motor kanadının yüzeyi genellikle, gelecekte gelişmiş motor üretiminin kilit teknolojisi olan geleneksel EDM ile işlenemeyen, genellikle seramik malzeme olan bir termal bariyer kaplama tabakası ile kaplanır. Motor kanadı malzemelerinin metalleştirilmemesinin geliştirilmesiyle, EDM daha güvenilmez hale geldi. Femtosaniye lazer işleme, geniş uyarlanabilirlik, yüksek konumlandırma doğruluğu, mekanik deformasyon olmaması, doğrudan temas olmaması gibi birçok avantaja sahiptir. Mikro deliklerin işlenmesi için çok uygundur.

Tıbbi bakım

Günümüzde oftalmik refraktif tedavide kullanılan tüm femtosaniye lazerler, femtosaniye teknolojisinin medikal uygulamasında en olgun cihazlardan biri olmalıdır. Ayrıca genişletici, endoskop ve kateter işleme vb.

Tıbbi tedavide, uzun darbeli lazer ile karşılaştırıldığında, femtosaniye lazer enerjisi oldukça konsantredir, eylem sırasında neredeyse hiç ısı transferi etkisi yoktur, bu nedenle tıbbi uygulamada çok önemli olan çevredeki ortamın sıcaklık artışına neden olmaz. lazer ameliyatı. Bir yandan, birkaç derecelik sıcaklık artışı bir anda basınç dalgalarına dönüşecek ve ağrı üretmek için sinir hücrelerine iletilecektir. Öte yandan biyolojik dokularda ölümcül hasarlara neden olabilir. Bu nedenle femtosaniye lazer, ağrısız ve invaziv olmayan güvenli tedavi sağlayabilir.

Femtosaniye lazer delme teknolojisinde atılım

Femtosaniye lazer delme teknolojisi böyle bir sihirli güce sahip olmasına rağmen, özellikle sistem entegrasyonu ve teknoloji mühendisliği çabalarında gelişimi de çok zordur, çeşitli zorluklar vardır ve çıkış gücü de sınırlıdır. Ek olarak, mikro gözenekli işleme endüstrisinin eksiksiz bir setinin nasıl oluşturulacağı da dünya çapında bir sorundur. Bununla birlikte, Çinli bilim adamlarının çabalarıyla, sadece sistemin pratikliğini ve entegrasyonunu gerçekleştirmekle kalmadık, aynı zamanda önde gelen denilebilecek farklı mikro gözenek şekilleri ile özel olarak özelleştirilebilen vida işleme teknolojisini icat ettik. dünyadaki konumu.

Günümüzde, yurtiçinde ve yurtdışında otomotiv endüstrisindeki emisyon standartlarının kademeli olarak yükseltilmesiyle birlikte, enjektör üreticileri ve onların OEM'leri için zorluklar giderek daha ciddi hale geliyor. Geleneksel yuvarlak delikler müşterilerin ihtiyaçlarını karşılayamaz. Üreticiler, gereksinimleri karşılamak için sürekli olarak özel ve yeni nozul şekilleri aramakta ve geliştirmektedir. Femtosaniye lazer işlemenin esnekliği ve avantajları giderek daha belirgin hale geliyor.

Özel ve yeni püskürtme deliği şekilleri