جنبا إلى جنب مع متطلبات صارمة على نحو متزايد في الصناعة الحديثة على دقة تجهيز المواد ، ونوعية السطح ، ومراقبة تأثير الحرارة ، الآلات التقليدية و تكنولوجيا الليزر النبضي الطويل لا يمكن تلبية الطلب في مجال التصنيع . في ظل هذه الخلفية ، ليزر فائق السرعة تجهيز منصة ( UltraFast Laser Processing platform ) ظهرت في اللحظة التاريخية ، مع الفيمتو ثانية ( خ ) إلى بيكو ثانية ( س ) من أجل عرض النبضة القصيرة جدا ، ذروة السلطة و بالقرب من الصفر " تأثير الحرارة " تجهيز الخصائص ، أصبح نانو تصنيع الأجهزة الطبية الدقيقة ، وأشباه الموصلات ، والفضاء ، وتجهيز المواد الفنية الجديدة في مجال الأدوات الثورية .

مبدأ التقنية : من " الساخنة الاجتثاث " إلى " الباردة العمل "

الليزر فائق السرعة عادة ما يشير إلى ليزر نبض المدة بين 10 ⁻¹⁵ ( الفيمتو ثانية ) و 10 ⁻¹²ثانية ( بيكو ثانية ) . الميزة الأساسية هي أن وقت العمل قصير جدا هو أقل بكثير من وقت نقل الطاقة بين الإلكترونات و شعرية ( عادة في بيكو ثانية ) . عندما أشعة الليزر فائقة السرعة على سطح المواد ، طاقة الفوتون هو استيعابها من قبل النظام الإلكتروني في وقت قصير جدا ، حتى أن الإلكترونات يمكن أن تصل إلى درجة حرارة عالية بسرعة . في وقت لاحق ، الإلكترونات ذات الطاقة العالية من خلال انفجار كولوم أو التبخر مباشرة طرد المواد ، وإزالة المواد .

هذه العملية تسمى " غير الساخنة تذوب تجهيز " أو " الباردة العمل " ، الذي هو في جوهره تدمير الروابط الكيميائية من المواد مباشرة من خلال الآثار غير الخطية مثل multiphoton التأين والانهيار التأين ، بدلا من التقليدية التوصيل الحراري ذوبان . ولذلك ، هناك القليل من الحرارة تؤثر على المنطقة ( هاز ) في تجهيز المنطقة ، والتي يمكن تجنب مشاكل مثل ذوبان الحافة ، الكراك ، الإجهاد المتبقية و تشوه المواد .

هيكل النظام : الهندسة الدقيقة منصة متعددة التخصصات

مجموعة كاملة من الليزر فائق السرعة تجهيز منصة هو نظام معقد يجمع بين البصريات ، والميكانيكا ، ومراقبة البرمجيات والأتمتة .

1 . مصدر ليزر فائق السرعة : الفيمتو أو بيكو ثانية ليزر الألياف ، ليزر الحالة الصلبة ( مثل الماليزي : KGW ، تي : sapphire ) . الطول الموجي هو عادة الأشعة تحت الحمراء ( 1030nm ) ، الضوء الأخضر ( 515nm ) أو الأشعة فوق البنفسجية ( 343nm ) . متوسط الطاقة من عدة مئات من واط واط ، وتكرار التردد قابل للتعديل .

2 . شعاع نشر ومراقبة النظام : بما في ذلك مرآة ، مرآة الاستقطاب توسيع وحدة تحكم ، وما إلى ذلك ، لضمان استقرار انتشار الليزر . مجهزة عالية السرعة نظام المسح الضوئي ( galvanometer الماسح الضوئي ) ، يمكن التحكم بدقة في ميلي ثانية واحدة من الليزر التركيز على س ص الطائرة ، لتحقيق سرعة عالية تجهيز الرسومات المعقدة .

3 - التركيز والحركة منصة : استخدام f-θ عدسة الليزر التركيز على ميكرون أو حتى submicron بقعة . من أجل تجهيز ثلاثي الأبعاد ، عالية الدقة الكهربائية محور Z أو خمسة محاور الربط المنضدة مجهزة لتحقيق التكيف الدينامي البؤري ومعقدة سطح منحن بالقطع .

4 - الرؤية لتحديد المواقع ونظام الرصد : اتفاقية مكافحة التصحر الكاميرا أو نظام التصوير مجهرية متكاملة ، الشغل المحاذاة ، في الوقت الحقيقي رصد ومراقبة الجودة في عملية التصنيع ، وتحسين دقة الآلات والأتمتة .

5 - نظام مراقبة البرمجيات : برامج التحكم على أساس الكمبيوتر أو جزءا لا يتجزأ من النظام ، الذي يدعم إدخال الرسومات كندي ، تخطيط المسار ، عملية إعداد المعلمة ( السلطة ، السرعة ، نبض التردد ، استراتيجية المسح الضوئي ) و دفعة تجهيز .

6 - نظام المساعدة : بما في ذلك إزالة الغبار ، ونظام التبريد ، حماية الغاز ( مثل النيتروجين والأرجون ) لمنع الأكسدة ، وكذلك إغلاق الغطاء الواقي الذي يتوافق مع معايير السلامة من الدرجة 1 .

ثالثاً - المزايا التقنية ومجالات التطبيق

1 . فائقة الدقة : يمكن تحقيق مستوى ميكرون أو حتى نانومتر تجهيز القرار ، تنطبق على micropore ، microgroove ، المجهرية الدقيقة التصنيع .

2 . تطبيق واسع النطاق من المواد : يمكن معالجة المعادن والسيراميك والزجاج والبوليمرات والمواد المركبة ، الياقوت ، الماس ، وما إلى ذلك تقريبا جميع المواد الصلبة ، ولا سيما جيدة في معالجة الطرق التقليدية من الصعب معالجة المواد الصلبة والهشة .

3 . لا ضرر حراري : تنطبق على الأجهزة الطبية الحيوية ( مثل الدعامات القلب ، عدسة اصطناعية ) ، والالكترونيات المرنة ، والبطاريات الضوئية وغيرها من التطبيقات الحساسة للحرارة .

4 . مرونة عالية : لا تحتاج إلى قالب ، من خلال برامج البرمجة يمكن التبديل بسرعة تجهيز نمط ، ومناسبة لإنتاج دفعة صغيرة ، متعددة الأنواع .

تطبيق نموذجي المشهد :

- الأجهزة الطبية الدقيقة : قطع الدعامات القلب والأوعية الدموية ، والأدوات الجراحية العينية ، وتصنيع الآلات الدقيقة رقاقة ميكروفلويديك .

- الالكترونيات الاستهلاكية : الهاتف الذكي الكاميرا الياقوت تغطية قطع ، لقد اخترت شاشة تجريد ، التعرف على بصمات الأصابع وحدة الحفر .

- أشباه الموصلات والإلكترونيات الضوئية : رقاقة خدش ، السليكون من خلال ثقب ( TSV ) تجهيز الدليل الموجي البصري النقش .

-- الطاقة الجديدة : قطع الأذن بطارية ليثيوم ، تثقيب الحجاب الحاجز ، وفتحة الخلية الضوئية PERC .

- الفضاء الجوي : تجهيز فتحات الهواء فيلم ريش التوربينات وتصنيع المجهرية من طلاء الشبح .

- حدود البحث العلمي : إعداد هياكل وظيفية جديدة مثل سوبر مسعور السطوح ، البلورات الضوئية ، مايكرو نانو الروبوتات .

رابعاً - التحديات والاتجاهات

على الرغم من أن تكنولوجيا الليزر فائق السرعة لديها مزايا واضحة ، فإنه لا يزال يواجه تحديات مثل التكلفة العالية ، وانخفاض كفاءة التصنيع ( وخاصة مساحة كبيرة من العلاج ) . وتشمل الاتجاهات المستقبلية ما يلي :

- قوة أعلى مع سرعة أعلى : رفع متوسط القوة مع سرعة المسح الضوئي ، وتحسين كفاءة الإنتاج .

- ذكي والتحكم التكيفي : الجمع بين خوارزمية منظمة العفو الدولية لتحقيق عملية التحسين مع التغذية المرتدة في الوقت الحقيقي نوعية .

- المعالجة المتوازية متعددة الحزم : تحقيق المعالجة المتزامنة متعددة النقاط من خلال تقسيم شعاع التكنولوجيا ، وزيادة كبيرة في الإنتاجية .

- التصنيع الأخضر : الحد من استهلاك الطاقة ، والحد من النفايات ، وتعزيز التنمية المستدامة .

الليزر فائق السرعة تجهيز منصة ليس فقط ممثل تكنولوجيا التصنيع المتقدمة ، ولكن أيضا محرك الأساسية لتعزيز مايكرو نانو تكنولوجيا التصنيع الذكية ، ورفع مستوى الصناعة . جنبا إلى جنب مع انخفاض تكلفة الليزر وتحسين نظام التكامل ، فائق السرعة تكنولوجيا الليزر هو الانتقال من المختبر إلى التطبيق الصناعي على نطاق واسع ، وفتح " ما تراه هو ما تحصل عليه " عصر جديد من الدقة التصنيع ، تضيء العالم الصغير من الصناعة في المستقبل .