ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー、フェムト秒レーザー、違いがわかりますか?

私たちは慣れていないわけではありませんレーザー加工、ナノ秒レーザー、ピコ秒レーザー、フェムト秒レーザーなどよく聞きますが、区別できますか？

まずは時間単位の変換を理解しましょう

1ms (ミリ秒)=0.001 秒 =10-3 秒

1μs (マイクロ秒)=0.000001=10-6 秒

1ns (ナノ秒)=0.0000000001 秒 =10-9 秒

1ps (ピコ秒)=0.0000000000001 秒 =10-12 秒

1fs (フェムト秒)=0.000000000000001 秒 =10-15 秒

時間の単位を知ると、フェムト秒レーザーは極めて超短パルスのレーザー加工であることが分かります。 ここ10年で超短パルスレーザー加工技術は急速に進歩しました。

Ⅰ． 超短パルスレーザーの意義

微細加工にレーザーを使用する試みは長年にわたって行われてきました。 ただし、材料の溶融と連続的な蒸発によって引き起こされるレーザーの長いパルス幅と低いレーザー強度により、レーザービームを小さなスポットに集束させることはできますが、材料への熱影響は依然として非常に大きく、精度が制限されます。加工の。 熱影響を軽減することによってのみ、加工品質を向上させることができます。

ピコ秒オーダーのレーザーパルス時間を材料に加えると、加工効果は大きく変化します。 パルスエネルギーが急激に上昇すると、高い出力密度により外側の電子を剥ぎ取るのに十分です。 レーザーは材料と相互作用する時間が短いため、周囲の材料にエネルギーを伝達する前に材料の表面からイオンが除去され、周囲の材料に熱影響を与えないため、「コールド」とも呼ばれます。処理"。 冷間加工によってもたらされる利点により、短パルスおよび超短パルスレーザーが工業生産用途に参入しました。

Ⅱ． レーザー加工：長パルスVS超短パルス

超短パルスの処理エネルギーは、小さな作用領域に非常に迅速に注入され、瞬間的な高エネルギー密度の堆積により、電子の吸収と移動のモードが変化し、レーザーの線形吸収、エネルギー伝達、拡散の影響が回避され、根本的にレーザーと物質の間の相互作用メカニズムを変更します。

Ⅲ.レーザー加工の幅広い用途

レーザー加工には高出力の切断と溶接が含まれます。 微細加工の穴あけ、マーキング、切断、テクスチャリング、剥離、絶縁など。さまざまなレーザー加工手段の主な用途は次のとおりです。

1. ドリルで穴を開ける

回路基板の設計では、より優れた熱伝導性を実現するために、従来のプラスチック基板の代わりにセラミック基板を使用し始めました。 電子部品を接続するには、通常、基板に最大数十万個の小さな穴を開ける必要があります。 したがって、基板の安定性が穴あけプロセス中の入熱の影響を受けないようにすることが重要であり、ピコ秒レーザーはこの用途には理想的なツールです。

ピコ秒レーザーはパーカッションドリリングによって穴の加工を完了し、穴の均一性を保証します。 ピコ秒レーザーは、回路基板に加えて、プラスチック フィルム、半導体、金属フィルム、サファイアなどの材料にも高品質の穴あけを実行できます。

100μm ステンレス鋼シート、穴あき、3.3ns 対 200fs、10,000 パルス、アブレーション閾値付近:

2.ラインとカット

レーザーパルスを走査的に重ね合わせることでラインを形成できます。 通常、線の深さが材料の厚さの 1/6 に達するまでセラミックの奥深くまで浸透するには、多くのスキャンが必要です。 次に、個々のモジュールがこれらのノッチに沿ってセラミック基板から分離されます。 この分離方法をマーキングといいます。

別の分離方法は、アブレーション切断としても知られる超短パルス レーザー アブレーション切断を使用することです。 レーザーは材料を切除し、完全に切断されるまで除去します。 この技術の利点は、加工された穴の形状とサイズに大きな柔軟性があることです。 すべてのプロセスステップはピコ秒レーザーで完了できます。

ポリカーボネート材料のマーキングに対するピコ秒レーザーとナノ秒レーザーのさまざまな効果。

3. ラインアブレーション（コーティング除去）

マイクロマシニングとしてよく見られるもう 1 つの用途は、基材に損傷を与えたり、わずかに損傷を与えたりすることなく、コーティングを正確に除去することです。 アブレーションは、幅数マイクロメートルの線、または数平方センチメートルの広い範囲の切除のいずれかになります。

コーティングの厚さは通常、アブレーションの幅よりもはるかに薄いため、熱は側面に伝導できません。 したがって、ナノ秒幅のレーザーパルスを使用できます。

高平均出力レーザー、正方形または長方形の伝導ファイバー、およびフラットトップ光強度分布の組み合わせにより、これらの技術によりレーザー表面アブレーションを産業分野で使用できるようになります。 たとえば、TrumPF TruMicro 7060 レーザーは、薄膜太陽電池のガラス上のコーティングを除去するために使用されます。 同じレーザーを自動車産業でも使用して、次の溶接に備えて防食コーティングを除去することができます。

4. 表面構造

構造化により、材料表面の物理的特性が変化する可能性があります。 ロータス効果によれば、疎水性の表面構造により、水は表面から流れ去ります。 この特性は、超短パルスレーザーを使用して表面にサブミクロンの構造を作成することで実現でき、作成される構造はレーザーパラメーターを変更することで正確に制御できます。

親水性表面などの反対の効果も達成でき、微細加工によりより大きなサイズの構造を作成することもできます。 これらのプロセスをエンジンの燃料タンクに使用して、摩耗を軽減する微細構造を作成したり、金属表面を構造化してプラスチックとの溶接を実現したりできます。

5.彫刻造形

スカルプティングとは、材料をアブレーションして三次元の形状を作成することです。 アブレーションのサイズは従来マイクロマシニングと呼ばれるものの範囲を超える場合がありますが、必要とされる精度により、このカテゴリのレーザー用途に分類されます。 ピコ秒レーザーは、フライス盤で多結晶ダイヤモンド工具のエッジを加工するために使用できます。

レーザーは、フライス刃の製造に使用できる非常に硬い材料である多結晶ダイヤモンドを加工するのに理想的なツールです。 フライスのチップ溝や歯を彫刻成形技術で加工することで、レーザーによる非接触と高い加工精度のメリットが得られます。

微細加工の応用可能性は非常に広く、レーザー微細加工によって私たちの視野に入ってくる日用品が増えています。

レーザー加工は非接触加工であり、後続工程が少なく、制御性が良く、統合が容易で、加工効率が高く、材料損失が少なく、環境汚染が少ないなどの大きな利点があり、自動車、エレクトロニクス、電気製品などで広く使用されています。 、航空、冶金、機械製造業。 製品の品質、労働生産性、自動化の向上、材料消費量の削減において、その役割はますます重要になっています。

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