Láser de Nanosegundo vs Picosegundo vs Femtosegundo: Explicado | MachineMFG

Láser de Nanosegundo vs Picosegundo vs Femtosegundo: Explicación

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Conversión del tiempo

Empecemos por convertir las unidades de tiempo.

  • 1 milisegundo (ms) = 0,001 segundos = 10-3 segundos
  • 1 microsegundo (μs) = 0,000001 segundos = 10-6 segundos
  • 1 nanosegundo (ns) = 0,000000001 segundos = 10-9 segundos
  • 1 picosegundo (ps) = 0,000000000001 segundos = 10-12 segundos
  • 1 femtosegundo (fs) = 0,000000000000001 segundos = 10-15 segundos

Con esta comprensión de las unidades de tiempo, podemos ver que los láseres de femtosegundos producen pulsos extremadamente cortos.

En los últimos años, el pulso ultracorto procesamiento láser la tecnología ha experimentado rápidos avances.

Conceptos básicos: Láseres de nanosegundos, picosegundos y femtosegundos

Los láseres tienen diversas aplicaciones en muchos sectores, y su eficacia se distingue por la duración del pulso. En este contexto, hablaremos de tres tipos de láser Se diferencian principalmente por la duración de sus impulsos: láseres de nanosegundos, picosegundos y femtosegundos.

Láseres de nanosegundos presentan una duración de impulso de 10-9 segundos. Estos láseres se utilizan desde hace mucho tiempo y son adecuados para muchas aplicaciones de procesamiento de materiales. Sin embargo, su mayor duración de pulso puede provocar daños térmicos en determinados escenarios.

Láseres de picosegundos tienen una duración de impulso más corta de 10-12 segundos. La duración reducida del impulso minimiza el daño térmico y permite procesar el material con mayor precisión. En consecuencia, se prefieren para aplicaciones que requieren una mayor precisión y un menor impacto térmico en el material que se procesa.

Láseres de femtosegundo ofrecen la duración de impulso más corta de 10-15 segundos. Sus pulsos ultrarrápidos ofrecen oportunidades únicas de procesado de materiales, ya que la duración del pulso del láser es menor que el tiempo de conducción del material objetivo. Esta característica permite una técnica de procesado "en frío", en la que el material se elimina por sublimación sin causar daños inducidos por el calor.

Estos tres tipos de láser pertenecen a la categoría de láseres pulsados, conocidos por sus pulsos de duración ultracorta. Las principales ventajas de los láseres ultrarrápidos son su capacidad para minimizar los efectos del calor y mejorar la precisión en el procesamiento de materiales.

En resumen, los láseres de nanosegundos, picosegundos y femtosegundos se diferencian por la duración de sus impulsos (10-9, 10-12y 10-15 segundos, respectivamente). Cada tipo tiene sus ventajas y aplicaciones, siendo los láseres de femtosegundos los que ofrecen la mayor precisión y un impacto térmico mínimo debido a su duración de pulso extremadamente corta.

Importancia del láser de pulsos ultracortos

Durante mucho tiempo se ha intentado utilizar el láser para el micromecanizado.

Sin embargo, el largo ancho de pulso y la baja intensidad de los láseres tradicionales hacían que el material se fundiera y evaporara continuamente.

Aunque el rayo láser podía concentrarse en un punto pequeño, el impacto térmico resultante en el material seguía siendo significativo, lo que limitaba la precisión del mecanizado.

Para mejorar la calidad de la transformación, era necesario reducir el efecto del calor.

Cuando un pulso láser a escala de picosegundos actúa sobre el material, el efecto del procesado cambia drásticamente.

Con un fuerte aumento de la energía del impulso, la alta densidad de potencia es suficiente para eliminar los electrones exteriores.

La interacción entre el láser y el material es tan corta que los iones se ablacionan de la superficie del material antes de que la energía se transfiera a los materiales circundantes, evitando el impacto térmico.

Por eso el proceso también se denomina "trabajo en frío".

Gracias a las ventajas del trabajo en frío, los láseres de impulsos cortos y ultracortos se han abierto camino en la producción y las aplicaciones industriales.

Procesado láser pulso largo frente a pulso ultracorto

Procesado láser: pulso largo frente a pulso ultracorto

En el tratamiento con pulsos ultracortos, la energía se inyecta rápidamente en una pequeña zona de acción.

La alta densidad de energía depositada en un instante cambia el modo de absorción y movimiento de los electrones, evitando los efectos de la absorción lineal del láser, la transferencia de energía y la difusión. Esto altera fundamentalmente el mecanismo de interacción entre el láser y el material.

Posición tras el tratamiento con láser de pulso largo

Posición tras el tratamiento con láser de pulso largo

Posición tras el procesamiento ultrarrápido de impulsos láser

Posición tras el procesamiento ultrarrápido de impulsos láser

Amplia aplicación del procesamiento láser

El procesamiento por láser abarca el corte y la soldadura de alta potencia.

Los distintos métodos de tratamiento por láser, como perforaciónLos procesos de micromecanizado, como el trazado, el corte, el texturizado, el decapado y el aislamiento, se utilizan principalmente para los siguientes fines:

ClasificaciónOnda continua
(CW)
Cuasicontinuo
(QCW)
Pulso corto
(Q-Conmutado)
Pulso ultracorto
(Modo bloqueado)
Formulario de salidaSalida continuaMilisegundo-Microsegundo
(ms-μs)
Nanosegundo (ns)Picosegundo ~ Femtosegundo
(ps-fs)
AplicaciónSoldadura láser
corte por láser
Revestimiento láser
Taladrado láser
Tratamiento térmico
Marcado láser
Taladrado láser
Tratamiento médico con láser
Prototipado rápido por láser
Micromecanizado
Láser fino médico
Taladrado de precisión
Corte de precisión

1. Dagujero de barranco

En el diseño de placas de circuitos, los sustratos cerámicos se utilizan cada vez más en sustitución de los sustratos plásticos tradicionales debido a su mejor conductividad térmica.

Para conectar componentes electrónicos, suele ser necesario taladrar cientos de miles de agujeros micrométricos en la placa.

Por lo tanto, es esencial garantizar que la estabilidad del sustrato no se vea afectada por el calor generado durante el proceso de perforación.

Los láseres de picosegundos son una herramienta ideal para esta aplicación.

Mediante el taladrado por impacto, los láseres de picosegundos pueden completar el procesamiento del orificio y mantener su uniformidad.

Además de placas de circuitos, los láseres de picosegundos también pueden utilizarse para perforar orificios de alta calidad en materiales como películas de plástico, semiconductores, películas metálicas y zafiros.

Por ejemplo, al perforar un pozo de 100 micrómetros...chapa gruesa de acero inoxidable utilizando 10000 pulsos de láser de 3,3-nanosegundos o 200-femtosegundos cerca del umbral de ablación:

Taladro

2. Trazar, cortar

Las líneas pueden generarse escaneando y superponiendo pulsos láser.

Realizando múltiples exploraciones, es posible penetrar profundamente en el interior del material cerámico hasta que la profundidad de la línea alcanza 1/6 del grosor del material.

A continuación, los módulos se separan del sustrato cerámico a lo largo de estas líneas trazadas, un proceso conocido como trazado.

Otro método de separación es el corte por ablación con láser de pulsos ultracortos, también conocido como corte por ablación.

En este proceso, el láser elimina material mediante ablación hasta cortarlo.

Una ventaja de esta tecnología es su mayor flexibilidad en cuanto a la forma y el tamaño del orificio mecanizado.

Todas las fases de procesamiento pueden realizarse con un láser de picosegundos.

También cabe destacar las diferencias en los efectos de los láseres de picosegundos y nanosegundos sobre los materiales de policarbonato.

Diferentes efectos del láser de picosegundos y el láser de nanosegundos en materiales de policarbonato.

4. Ablación en línea (eliminación del revestimiento)

Otra aplicación habitual en el micromecanizado es la eliminación precisa de revestimientos sin causar ningún daño al material de base.

La ablación puede abarcar desde una línea de unas pocas micras de ancho hasta una gran superficie de varios centímetros cuadrados.

Como el grosor del revestimiento suele ser mucho menor que la anchura de la ablación, el calor no puede conducirse a los lados. En este caso, puede utilizarse un láser de ancho de pulso de nanosegundos.

La combinación de láser de alta potencia media, fibra conductora cuadrada o rectangular y distribución de intensidad luminosa plana hace que la ablación superficial por láser sea muy adecuada para aplicaciones industriales.

Por ejemplo, el láser Trumicro 7060 de la empresa Trumpf se utiliza para eliminar el revestimiento del cristal de las células solares de película fina.

El mismo láser puede utilizarse también en la industria del automóvil para eliminar revestimientos anticorrosión y preparar la soldadura posterior.

5. Grabadoing

El grabado consiste en crear formas tridimensionales mediante la ablación de materiales.

Aunque el tamaño de la ablación puede exceder el ámbito tradicional del micromecanizado, la precisión requerida sigue situándola en el ámbito de las aplicaciones láser.

Los láseres de picosegundos pueden utilizarse para procesar los bordes del diamante policristalino herramientas de fresado máquinas.

Los láseres son una herramienta ideal para el mecanizado de diamantes policristalinos, que son materiales extremadamente duros utilizados para fabricar filos de fresa.

Las ventajas de utilizar láseres incluyen el procesamiento sin contacto y una gran precisión de mecanizado.

El micromecanizado tiene un amplio abanico de aplicaciones y se utiliza cada vez más para fabricar diversos artículos de primera necesidad.

El procesado por láser es un método sin contacto y ofrece varias ventajas significativas, como menos pasos de postprocesado, buena controlabilidad, facilidad de integración, alta eficiencia de procesado, baja pérdida de material y mínimo impacto medioambiental.

Se ha generalizado en sectores como la automoción, la electrónica, los electrodomésticos, la aviación, la metalurgia y la fabricación de maquinaria, y desempeña un papel cada vez más importante en la mejora de la calidad de los productos, la productividad laboral y la automatización, al tiempo que reduce el consumo de materiales.

Grabado

Conclusión

Los láseres de nanosegundo, picosegundo y femtosegundo se diferencian principalmente por la duración de sus impulsos. Un nanosegundo (ns) es 10-9 segundos, un picosegundo (ps) es 10-12 segundos y un femtosegundo (fs) es 10-15 segundos. Estas duraciones de pulso ultracortas son decisivas para determinar las aplicaciones y capacidades de estos láseres.

Los láseres de femtosegundos son idóneos para aplicaciones en oftalmología y el procesamiento preciso de materiales gracias a sus pulsos extremadamente cortos y su reducido daño térmico. Los láseres de picosegundos son similares y ofrecen gran precisión en tareas como el micromecanizado o la eliminación de tatuajes. Los láseres de nanosegundos, con pulsos de mayor duración, se utilizan en aplicaciones que requieren una mayor transferencia de energía.

En resumen, la elección entre láseres de nanosegundos, picosegundos y femtosegundos depende de los requisitos específicos de las distintas aplicaciones. Estos láseres ultrarrápidos ofrecen un abanico de posibilidades en cuanto a precisión, transferencia de energía y reducción de daños térmicos, lo que los convierte en herramientas indispensables en numerosas industrias y campos.

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