Наносекундный vs Пикосекундный vs Фемтосекундный лазер: Объяснения | MachineMFG

Наносекундный, пикосекундный и фемтосекундный лазер: Объяснение

5
(2)

Cонверсия времени

Давайте начнем с преобразования единиц времени.

  • 1 миллисекунда (мс) = 0,001 секунды = 10-3 секунды
  • 1 микросекунда (мкс) = 0,000001 секунды = 10-6 секунды
  • 1 наносекунда (нс) = 0,000000001 секунд = 10-9 секунды
  • 1 пикосекунда (ps) = 0,000000000001 секунд = 10-12 секунды
  • 1 фемтосекунда (фс) = 0,000000000000001 секунд = 10-15 секунды

Имея такое представление о единицах времени, мы можем увидеть, что фемтосекундные лазеры производят чрезвычайно короткие импульсы.

В последние годы ультракороткие импульсы лазерная обработка Технологии стремительно развиваются.

Основы: Наносекундные, пикосекундные и фемтосекундные лазеры

Лазеры находят широкое применение во многих отраслях промышленности, и их эффективность зависит от длительности импульса. В этом контексте мы рассмотрим три типы лазеров В первую очередь они различаются по длительности импульса: наносекундные, пикосекундные и фемтосекундные лазеры.

Наносекундные лазеры имеют длительность импульса 10-9 секунды. Эти лазеры используются уже долгое время и подходят для многих задач по обработке материалов. Однако их большая длительность импульса может привести к тепловому повреждению в определенных сценариях.

Пикосекундные лазеры имеют более короткую длительность импульса - 10-12 секунд. Уменьшение длительности импульса сводит к минимуму тепловое повреждение и обеспечивает более точную обработку материала. Поэтому они предпочтительны для применения в областях, требующих высокой точности и меньшего термического воздействия на обрабатываемый материал.

Фемтосекундные лазеры предлагают самую короткую длительность импульса 10-15 секунд. Их сверхбыстрые импульсы обеспечивают уникальные возможности обработки материалов, поскольку длительность импульса лазера меньше времени проводимости целевого материала. Эта характеристика позволяет использовать "холодную" технологию обработки, при которой материал удаляется путем сублимации, не вызывая повреждений, вызванных нагревом.

Эти три типа лазеров относятся к категории импульсных лазеров, известных своей ультракороткой длительностью импульса. Ключевые преимущества сверхбыстрых лазеров - способность минимизировать тепловой эффект и повысить точность обработки материалов.

В целом, наносекундные, пикосекундные и фемтосекундные лазеры различаются по длительности импульса (10-9, 10-12, и 10-15 секунд, соответственно). Каждый тип имеет свои достоинства и области применения, при этом фемтосекундные лазеры обеспечивают высочайшую точность и минимальное тепловое воздействие благодаря чрезвычайно малой длительности импульса.

Значение лазера с ультракороткими импульсами

Уже давно люди пытаются использовать лазеры для микрообработки.

Однако длинные импульсы и низкая интенсивность лазерного излучения традиционных лазеров приводили к тому, что материал постоянно плавился и испарялся.

Даже если лазерный луч можно было сфокусировать на небольшом участке, возникающее тепловое воздействие на материал все равно было значительным, что ограничивало точность обработки.

Для улучшения качества обработки необходимо было снизить тепловой эффект.

Когда на материал воздействует лазерный импульс пикосекундной длительности, эффект обработки резко меняется.

При резком увеличении энергии импульса высокая плотность мощности достаточна для удаления внешних электронов.

Взаимодействие между лазером и материалом настолько короткое, что ионы сжигаются с поверхности материала до того, как энергия передается окружающим материалам, что позволяет избежать теплового воздействия.

Поэтому этот процесс также называют "холодной обработкой".

Благодаря преимуществам холодной обработки короткие и ультракороткие импульсные лазеры нашли свое применение в промышленном производстве.

Лазерная обработка длинные импульсы против ультракоротких импульсов

Лазерная обработка: длинный импульс против ультракороткого импульса

При обработке ультракороткими импульсами энергия быстро подается в небольшую зону воздействия.

Высокая плотность энергии, вносимая за мгновение, изменяет режим поглощения и движения электронов, исключая эффекты линейного поглощения, переноса энергии и диффузии лазера. Это в корне меняет механизм взаимодействия лазера с материалом.

Положение после обработки длинноимпульсным лазером

Положение после обработки длинноимпульсным лазером

Положение после обработки сверхбыстрым лазерным импульсом

Положение после обработки сверхбыстрым лазерным импульсом

Широкое применение лазерной обработки

Лазерная обработка включает в себя мощную резку и сварку.

Различные методы лазерной обработки, такие как бурениеСкребок, резка, текстурирование, зачистка и изоляция в основном используются в микрообработке для следующих целей:

КлассификацияНепрерывная волна
(CW)
Квазинепрерывные
(QCW)
Короткий импульс
(Q-Switched)
Ультракороткий импульс
(Mode-locked)
Форма выпускаНепрерывный выходМиллисекунда-микросекунда
(ms-μs)
Наносекунда (нс)Пикосекунда ~ Фемтосекунда
(ps-fs)
ПриложениеЛазерная сварка
лазерная резка
Лазерная наплавка
Лазерное сверление
Термическая обработка
Лазерная маркировка
Лазерное сверление
Лазерное лечение
Лазерное быстрое прототипирование
Микро-нано обработка
Тонкий лазерный медицинский
Прецизионное сверление
Прецизионная резка

1. Dуглубление

При разработке печатных плат керамические подложки все чаще используются для замены традиционных пластиковых подложек благодаря их лучшей теплопроводности.

Для подключения электронных компонентов обычно необходимо просверлить в плате сотни тысяч отверстий микрометрового размера.

Таким образом, необходимо обеспечить, чтобы на стабильность подложки не влияло тепло, выделяемое в процессе сверления.

Пикосекундные лазеры - идеальный инструмент для решения этой задачи.

При использовании ударного сверления пикосекундные лазеры могут завершить обработку отверстия и сохранить его однородность.

Помимо печатных плат, пикосекундные лазеры можно использовать для сверления высококачественных отверстий в таких материалах, как пластиковые пленки, полупроводники, металлические пленки и сапфиры.

Например, при бурении 100-микрометровой скважинытолстый лист нержавеющей стали с использованием 10000 импульсов 3,3-наносекундного или 200-фемтосекундного лазера вблизи порога абляции:

Буровое отверстие

2. Нанесение надписей, вырезание

Линии могут быть получены путем сканирования и наложения лазерных импульсов.

Благодаря многократному сканированию можно проникнуть вглубь керамического материала, пока глубина линии не достигнет 1/6 толщины материала.

Затем модули отделяются от керамической подложки по этим нацарапанным линиям - этот процесс называется скрайбированием.

Другим методом разделения является ультракороткоимпульсная лазерная абляционная резка, также известная как абляционная резка.

В этом процессе лазер удаляет материал путем абляции до тех пор, пока материал не будет прорезан.

Одним из преимуществ этой технологии является большая гибкость в отношении формы и размера обрабатываемого отверстия.

Все этапы обработки могут быть выполнены с помощью пикосекундного лазера.

Также стоит отметить различия в воздействии пикосекундных и наносекундных лазеров на поликарбонатные материалы.

Различные эффекты пикосекундного и наносекундного лазера на поликарбонатных материалах.

4. Линейная абляция (удаление покрытия)

Еще одно распространенное применение микрообработки - точное удаление покрытий без повреждения основного материала.

Абляция может варьироваться от линии шириной в несколько микрон до большой площади в несколько квадратных сантиметров.

Поскольку толщина покрытия обычно намного меньше ширины абляции, тепло не может быть отведено в стороны. В этом случае можно использовать лазер с наносекундной шириной импульса.

Сочетание высокой средней мощности лазера, квадратного или прямоугольного проводящего волокна и плоского распределения интенсивности света делает лазерную абляцию поверхности хорошо подходящей для промышленных применений.

Например, лазер Trumicro 7060 от компании Trumpf используется для удаления покрытия на стекле тонкопленочных солнечных батарей.

Этот же лазер может использоваться в автомобильной промышленности для удаления антикоррозийных покрытий и подготовки к последующей сварке.

5. Гравировкаing

Гравировка подразумевает создание трехмерных форм путем абляции материалов.

Хотя размер абляции может превышать традиционные рамки микрообработки, требуемая точность все же относится к области применения лазеров.

Пикосекундные лазеры могут использоваться для обработки краев поликристаллического алмаза инструменты для фрезерования машины.

Лазеры - идеальный инструмент для обработки поликристаллических алмазов, которые представляют собой чрезвычайно твердые материалы, используемые для изготовления кромок фрез.

Преимущества использования лазеров заключаются в бесконтактной обработке и высокой точности обработки.

Микрообработка имеет широкий спектр применения и все чаще используется для производства различных предметов повседневной необходимости.

Лазерная обработка является бесконтактным методом и обладает рядом значительных преимуществ, включая меньшее количество этапов последующей обработки, хорошую управляемость, простоту интеграции, высокую эффективность обработки, низкие потери материала и минимальное воздействие на окружающую среду.

Она получила широкое распространение в таких отраслях, как автомобилестроение, электроника, электроприборы, авиация, металлургия и машиностроение, играя все более важную роль в повышении качества продукции, производительности труда и автоматизации при одновременном снижении расхода материалов.

Гравировка

Заключение

Наносекундные, пикосекундные и фемтосекундные лазеры различаются главным образом длительностью импульса. Наносекунда (нс) равна 10-9 секунд, пикосекунда (пс) - 10-12 секунд, а фемтосекунда (фс) равна 10-15 секунд. Эти ультракороткие длительности импульсов играют важную роль в определении областей применения и возможностей этих лазеров.

Фемтосекундные лазеры хорошо подходят для применения в офтальмологии и точной обработке материалов благодаря чрезвычайно коротким импульсам и снижению теплового повреждения. Пикосекундные лазеры аналогичны, обеспечивая высокую точность в таких задачах, как микрообработка или удаление татуировок. Наносекундные лазеры с большей длительностью импульса находят свое применение в тех областях, где требуется большая передача энергии.

В общем, выбор между наносекундными, пикосекундными и фемтосекундными лазерами зависит от специфических требований различных приложений. Эти сверхбыстрые лазеры предлагают широкий спектр возможностей, когда речь идет о точности, передаче энергии и снижении тепловых повреждений, что делает их незаменимыми инструментами во многих отраслях промышленности и сферах.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 5 / 5. Количество оценок: 2

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх