Nanosekundenlaser, Pikosekundenlaser, Femtosekundenlaser, können Sie den Unterschied erkennen?

Wir sind nicht unbekanntLaserbearbeitung, aber man kann oft Nanosekundenlaser, Pikosekundenlaser, Femtosekundenlaser usw. hören. Können Sie es unterscheiden?

Lassen Sie uns zunächst die Umrechnung der Zeiteinheit herausfinden

1 ms (Millisekunden)=0,001 Sekunden =10-3 Sekunden

1μs (Mikrosekunde)=0.000001=10-6 Sekunden

1ns (Nanosekunde)=0.0000000001 Sekunden =10-9 Sekunden

1ps (Pikosekunde)=0.0000000000001 Sekunden =10-12 Sekunden

1fs (Femtosekunde)=0.000000000000001 Sekunden =10-15 Sekunden

Durch das Ermitteln der Zeiteinheit wissen wir, dass es sich beim Femtosekundenlaser um eine Laserbearbeitung mit extrem ultrakurzen Pulsen handelt. In den letzten zehn Jahren hat die Ultrakurzpuls-Laserbearbeitungstechnologie rasante Fortschritte gemacht.

Ⅰ. Die Bedeutung des Ultrakurzpulslasers

Es gibt seit langem Versuche, Laser zur Mikrobearbeitung einzusetzen. Aufgrund der langen Pulsbreite und der geringen Laserintensität des Lasers, die durch das Schmelzen des Materials und die kontinuierliche Verdampfung verursacht werden, ist der thermische Einfluss auf das Material jedoch immer noch sehr groß, obwohl der Laserstrahl auf einen kleinen Punkt fokussiert werden kann, was die Genauigkeit einschränkt der Verarbeitung. Nur durch die Reduzierung des thermischen Effekts kann die Verarbeitungsqualität verbessert werden.

Wenn die Laserpulszeit in der Größenordnung von Pikosekunden auf das Material einwirkt, ändert sich der Bearbeitungseffekt erheblich. Da die Pulsenergie stark ansteigt, reicht die hohe Leistungsdichte aus, um die äußeren Elektronen abzustreifen. Aufgrund der kurzen Zeit, in der der Laser mit dem Material interagiert, werden die Ionen von der Oberfläche des Materials abgetragen, bevor sie die Energie auf das umgebende Material übertragen, und es kommt zu keinen thermischen Effekten auf das umgebende Material, daher wird es auch als „kalt“ bezeichnet wird bearbeitet". Mit den Vorteilen der Kaltbearbeitung haben Kurz- und Ultrakurzpulslaser Einzug in industrielle Produktionsanwendungen gehalten.

Ⅱ. Laserbearbeitung: langer Puls vs. ultrakurzer Puls

Die ultrakurze Impulsverarbeitungsenergie wird sehr schnell in einen kleinen Wirkungsbereich injiziert, und die sofortige Abscheidung mit hoher Energiedichte ändert die Art der Elektronenabsorption und -bewegung, wodurch der Einfluss der linearen Laserabsorption, Energieübertragung und -diffusion grundsätzlich vermieden wird verändert den Interaktionsmechanismus zwischen Laser und Materie.

Ⅲ.Die breite Anwendung der Laserbearbeitung

Die Laserbearbeitung umfasst Hochleistungsschneiden und -schweißen; Mikrobearbeitung, Bohren, Markieren, Schneiden, Texturieren, Abisolieren, Isolieren usw. Die Hauptanwendungen verschiedener Laserbearbeitungsmittel sind:

1. Löcher bohren

Im Leiterplattendesign begann man, Keramiksubstrate anstelle herkömmlicher Kunststoffsubstrate zu verwenden, um eine bessere Wärmeleitfähigkeit zu erreichen. Um elektronische Komponenten zu verbinden, müssen in der Regel bis zu Hunderttausende kleine Löcher in die Platine gebohrt werden. Daher ist darauf zu achten, dass die Stabilität des Substrats durch den Wärmeeintrag beim Bohrvorgang nicht beeinträchtigt wird. Für diese Anwendung ist der Pikosekundenlaser das ideale Werkzeug.

Der Pikosekundenlaser kann die Bearbeitung des Lochs durch Schlagbohren abschließen und die Gleichmäßigkeit des Lochs sicherstellen. Neben Leiterplatten können Pikosekundenlaser auch hochwertige Bohrungen in Materialien wie Kunststofffolien, Halbleitern, Metallfolien und Saphiren durchführen.

100 μm Edelstahlblech, gebohrt, 3,3 ns vs. 200 fs, 10,000 Impulse, nahe der Ablationsschwelle:

2. Linie und Schnitt

Durch rasterartige Überlagerung von Laserpulsen können Linien gebildet werden. Normalerweise ist eine lange Abtastung erforderlich, um tief in die Keramik einzudringen, bis die Tiefe der Linie 1/6 der Materialdicke erreicht. Entlang dieser Kerben werden dann die einzelnen Module vom Keramiksubstrat getrennt. Diese Trennmethode wird Markierung genannt.

Eine weitere Trennmethode ist das Ablationsschneiden mit Ultrakurzpulslasern, auch Ablationsschneiden genannt. Der Laser trägt das Material ab und trägt es ab, bis es durchtrennt ist. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, dass eine größere Flexibilität bei der Form und Größe der bearbeiteten Löcher besteht. Alle Prozessschritte können mit einem Pikosekundenlaser durchgeführt werden.

Unterschiedliche Auswirkungen von Pikosekundenlaser und Nanosekundenlaser auf die Markierung von Polycarbonatmaterialien.

3. Linienablation (Beschichtungsentfernung)

Eine weitere Anwendung, die oft als Mikrobearbeitung angesehen wird, ist das präzise Entfernen von Beschichtungen, ohne das Grundmaterial zu beschädigen oder geringfügig zu beschädigen. Die Ablation kann entweder eine Linie mit einer Breite von einigen Mikrometern oder eine große Abtragungsfläche von einigen Quadratzentimetern sein.

Da die Schichtdicke in der Regel deutlich geringer ist als die Abtragsbreite, kann die Wärme nicht seitlich abgeleitet werden. Daher können Laserpulse mit einer Breite von Nanosekunden verwendet werden.

Durch die Kombination eines Lasers mit hoher Durchschnittsleistung, einer quadratischen oder rechteckigen Leitungsfaser und einer Lichtintensitätsverteilung mit flacher Oberseite ermöglichen diese Technologien den Einsatz der Laseroberflächenablation in industriellen Bereichen. Beispielsweise wird der Laser TruMicro 7060 von TrumpPF verwendet, um die Beschichtung auf dem Glas einer Dünnschichtsolarzelle zu entfernen. Derselbe Laser kann auch in der Automobilindustrie zum Entfernen von Korrosionsschutzschichten als Vorbereitung für das anschließende Schweißen eingesetzt werden.

4. Oberflächenstruktur

Durch Strukturierung können sich die physikalischen Eigenschaften der Materialoberfläche verändern. Gemäß dem Lotuseffekt ermöglichen hydrophobe Oberflächenstrukturen das Abfließen von Wasser von der Oberfläche. Diese Eigenschaft kann durch die Erzeugung von Submikronstrukturen auf der Oberfläche mit ultrakurz gepulsten Lasern erreicht werden, wobei die zu erzeugenden Strukturen durch Veränderung der Laserparameter präzise gesteuert werden können.

Auch gegenteilige Effekte wie hydrophile Oberflächen können erzielt werden, und durch Mikrobearbeitung können auch größere Strukturen erzeugt werden. Diese Prozesse können in Kraftstofftanks von Motoren eingesetzt werden, um Mikrostrukturen zu erzeugen, die den Verschleiß reduzieren, oder um Metalloberflächen zu strukturieren, um eine Verschweißung mit Kunststoffen zu erreichen.

5. Gravurformung

Unter Bildhauerei versteht man die Schaffung dreidimensionaler Formen durch Abtragen von Materialien. Auch wenn der Umfang der Ablation den Rahmen dessen überschreiten kann, was traditionell als Mikrobearbeitung bezeichnet wird, wird sie aufgrund der erforderlichen Präzision in diese Kategorie von Laseranwendungen eingeordnet. Mit Pikosekundenlasern können Werkzeugkanten aus polykristallinem Diamant in Fräsmaschinen bearbeitet werden.

Der Laser ist das ideale Werkzeug zur Bearbeitung von polykristallinen Diamanten, einem extrem harten Material, aus dem Fräsmesser hergestellt werden können. Der Einsatz der Gravurformtechnologie zur Bearbeitung der Spanuten und Zähne des Fräsers, in diesem Fall die Vorteile der berührungslosen Laserbearbeitung und der hohen Bearbeitungsgenauigkeit.

Die Mikrobearbeitung hat ein sehr breites Anwendungsspektrum, und durch die Lasermikrobearbeitung rücken immer mehr Dinge des täglichen Bedarfs in unser Blickfeld.

Die Laserbearbeitung ist eine berührungslose Bearbeitung mit weniger Folgeprozessen, guter Steuerbarkeit, einfacher Integration, hoher Bearbeitungseffizienz, geringem Materialverlust, geringer Umweltverschmutzung und anderen bedeutenden Vorteilen und wird häufig in der Automobil-, Elektronik- und Elektrogerätebranche eingesetzt , Luftfahrt, Metallurgie und Maschinenbau. Es spielt eine immer wichtigere Rolle bei der Verbesserung der Produktqualität, der Arbeitsproduktivität, der Automatisierung und der Reduzierung des Materialverbrauchs.

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