Láser de nanosegundos, láser de picosegundos, láser de femtosegundos, ¿puedes notar la diferencia?

No estamos familiarizados conprocesamiento láser, pero a menudo se puede escuchar un láser de nanosegundos, un láser de picosegundos, un láser de femtosegundos, etc., ¿puedes distinguirlo?

Primero averigüemos la conversión de unidades de tiempo.

1 ms (milisegundos)=0.001 segundos =10-3 segundos

1μs (microsegundo)=0.000001=10-6 segundos

1ns (nanosegundo)=0.0000000001 segundos =10-9 segundos

1ps (picosegundo)=0.0000000000001 segundos =10-12 segundos

1fs (femtosegundo)=0.000000000000001 segundos =10-15 segundos

Al calcular la unidad de tiempo, sabemos que el láser de femtosegundo es un procesamiento láser de pulso extremadamente ultracorto. En los últimos diez años, la tecnología de procesamiento por láser de pulso ultracorto ha progresado rápidamente.

Ⅰ. La importancia del láser de pulso ultracorto

Hace tiempo que se intenta utilizar láseres para el micromecanizado. Sin embargo, debido al largo ancho de pulso y la baja intensidad del láser causada por la fusión del material y la evaporación continua, aunque el rayo láser se puede enfocar en un punto pequeño, el impacto térmico sobre el material sigue siendo muy grande, lo que limita la precisión. de procesamiento. Sólo reduciendo el efecto térmico se puede mejorar la calidad del procesamiento.

Cuando el tiempo del pulso láser se aplica al material en el orden de picosegundos, el efecto de procesamiento cambiará significativamente. A medida que la energía del pulso aumenta bruscamente, la alta densidad de potencia es suficiente para despojar a los electrones externos. Debido al corto tiempo, el láser interactúa con el material, los iones son eliminados de la superficie del material antes de transferir la energía al material circundante y no traerá efectos térmicos al material circundante, por lo que también se le llama "frío". Procesando". Con las ventajas que aporta el procesamiento en frío, los láseres de pulso corto y ultracorto han entrado en aplicaciones de producción industrial.

Ⅱ. Procesamiento láser: pulso largo versus pulso ultracorto

La energía de procesamiento de pulso ultracorto se inyecta muy rápidamente en un área pequeña de acción, y la deposición instantánea de alta densidad de energía cambia el modo de absorción y movimiento de electrones, evitando la influencia de la absorción lineal del láser, la transferencia y difusión de energía, y fundamentalmente Cambia el mecanismo de interacción entre el láser y la materia.

Ⅲ.La amplia aplicación del procesamiento láser.

El procesamiento por láser incluye corte y soldadura de alta potencia; Micromecanizado taladrado, marcado, corte, texturizado, decapado, aislamiento, etc., Los principales usos de los diversos medios de procesamiento láser son:

1. Taladrar agujeros

En el diseño de placas de circuito, la gente comenzó a utilizar sustratos cerámicos en lugar de sustratos plásticos convencionales para lograr una mejor conductividad térmica. Para conectar componentes electrónicos, generalmente es necesario perforar hasta cientos de miles de pequeños agujeros en la placa. Por lo tanto, es importante garantizar que la estabilidad del sustrato no se vea afectada por el aporte de calor durante el proceso de perforación, y el láser de picosegundos es la herramienta ideal para esta aplicación.

El láser de picosegundos puede completar el mecanizado del orificio mediante perforación por percusión y garantizar la uniformidad del orificio. Además de las placas de circuito, los láseres de picosegundo también pueden realizar perforaciones de alta calidad en materiales como películas plásticas, semiconductores, películas metálicas y zafiros.

Hoja de acero inoxidable de 100 μm, perforada, 3,3 ns frente a 200 fs, 10,000 pulsos, cerca del umbral de ablación:

2. Forrar y cortar

Se pueden formar líneas superponiendo impulsos láser a modo de barrido. Por lo general, se necesita mucho escaneo para penetrar profundamente en la cerámica hasta que la profundidad de la línea alcance 1/6 del espesor del material. A continuación, a lo largo de estas muescas se separan los módulos individuales del sustrato cerámico. Este método de separación se llama marcado.

Otro método de separación es utilizar corte por ablación con láser de pulso ultracorto, también conocido como corte por ablación. El láser realiza una ablación del material, retirándolo hasta cortarlo. La ventaja de esta técnica es que existe una mayor flexibilidad en la forma y tamaño de los agujeros mecanizados. Todos los pasos del proceso se pueden completar con un láser de picosegundos.

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

3. Ablación en línea (eliminación del recubrimiento)

Otra aplicación que a menudo se considera micromecanizado es la eliminación precisa de recubrimientos sin dañar o dañar levemente el material base. La ablación puede ser una línea de unos pocos micrómetros de ancho o una gran área de eliminación de unos pocos centímetros cuadrados.

Debido a que el espesor del recubrimiento suele ser mucho menor que el ancho de la ablación, el calor no se puede conducir lateralmente. Por tanto, se pueden utilizar impulsos láser con una anchura de nanosegundos.

La combinación de un láser de alta potencia promedio, una fibra de conducción cuadrada o rectangular y una distribución de intensidad de luz superior plana, estas tecnologías hacen que la ablación de superficies con láser se pueda utilizar en campos industriales. Por ejemplo, el láser TrumPF TruMicro 7060 se utiliza para eliminar la capa del vidrio de una célula solar de película fina. El mismo láser también se puede utilizar en la industria automotriz para eliminar recubrimientos anticorrosivos en preparación para la soldadura posterior.

4. Estructura superficial

La estructuración puede cambiar las propiedades físicas de la superficie del material. Según el efecto loto, las estructuras superficiales hidrófobas permiten que el agua fluya desde la superficie. Esta propiedad se puede lograr creando estructuras submicrónicas en la superficie con láseres pulsados ​​​​ultracortos, y las estructuras que se crearán se pueden controlar con precisión cambiando los parámetros del láser.

También se pueden lograr efectos opuestos, como superficies hidrófilas, y el micromecanizado también puede crear estructuras de mayor tamaño. Estos procesos se pueden utilizar en tanques de combustible de motores para crear microestructuras que reduzcan el desgaste, o para estructurar superficies metálicas para lograr soldaduras con plásticos.

5. Moldura de grabado

Esculpir es la creación de formas tridimensionales mediante la ablación de materiales. Aunque el tamaño de la ablación puede exceder el alcance de lo que tradicionalmente se denomina micromecanizado, la precisión requerida hace que se clasifique en esta categoría de aplicaciones láser. Los láseres de picosegundos se pueden utilizar para procesar bordes de herramientas de diamante policristalino en fresadoras.

El láser es la herramienta ideal para procesar diamantes policristalinos, que son materiales extremadamente duros que pueden usarse para fabricar hojas de fresa. El uso de tecnología de moldeo por grabado para procesar las ranuras de viruta y los dientes de la fresa, en este caso, los beneficios del láser sin contacto y la alta precisión del mecanizado.

El micromecanizado tiene una perspectiva de aplicación muy amplia y cada vez más necesidades diarias entran en nuestro campo de visión a través del micromecanizado láser.

El procesamiento láser es un procesamiento sin contacto, con menos proceso de seguimiento, buena controlabilidad, fácil integración, alta eficiencia de procesamiento, baja pérdida de material, baja contaminación ambiental y otras ventajas importantes, se ha utilizado ampliamente en automoción, electrónica y aparatos eléctricos. , aviación, metalurgia y fabricación de maquinaria. Desempeña un papel cada vez más importante en la mejora de la calidad del producto, la productividad laboral, la automatización y la reducción del consumo de materiales.

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