随着科技的发展、时代的进步,激光已经从一个遥不可及的高科技产品慢慢步入人们的生活当中,应用于科研、医疗、工业、商业、信息、**等领域,被称为“*亮的光、*快的刀、*准的尺”。
对很多行业而言,激光技术已经成为一种不可或缺的支撑技术,从汽车制造、动力电池、到手机制造、航空航天、医疗器械乃至****等几乎我们能想到的所有领域,都活跃着激光器的身影。众所周知,中国制造 2025 的中心是智能制造,智能制造的中心之一是光电技术,而光电技术的中心之一正是激光装备。因此,激光行业是驱动制造业发展的一大中心力量,其重要性不言而喻。
激光加工在工业制造领域可应用于打标、切割、焊接、熔覆、清洗、淬火、钻孔等,而随着科技的进步和新材料的推广应用,各零部件也逐渐向轻、小、精方向发展,各领域对材料的高精度、高质量的加工需求也越来越高,超快激光的脉冲宽度极窄、能量密度极高、与材料的作用时间极短,可解决常规加工方式难以实现的高、精、尖、硬、难等加工难题,现今已成为精密精细制造技术的很佳选择。
超快激光在科研领域的应用
超快激光加工主要以皮秒和飞秒激光的研究和应用为主,作为一种独特的科学研究工具和手段,在人类实验室中创造出了前所未有的超快时间、超高的强场、超高温度和超高压力等极端物理条件,极大地促进了物理、化学、生物、材料、医学以及交叉学科等前沿科学的发展与进步。
超快激光在新材料成型领域的研究热点主要集中在微纳结构加工、难加工材料表面微加工、第三代半导体材料加工等中涉及的相关技术和工艺。适用材料非常多,主要集中在玻璃、陶瓷、金刚石、碳化硅等硬脆材料及FPC、PCB、复合薄膜材料等柔性材料上。
超快激光微纳结构加工技术
超快激光微纳加工是指通过皮秒或飞秒激光脉冲与材料相互作用,对材料进行良好结构加工或改性的一门厉害的技术,具有加工精度高、热效应小、独特的三维微纳加工能力以及被加工材料多样性等优势,在基础科学与现代工业中均获得了应用。
其中微孔加工特别是深微孔加工一直是航空航天、新能源、生物医疗等制造领域中的关键技术。精密激光打孔技术具有精度高、通用性强、效率高、成本低和综合技术经济效益等优点,已成为现代制造领域的关键技术之一,为微孔加工提供了先进的加工手段。
超快激光高温部件气膜孔加工技术
气膜冷却孔作为航空发动机涡轮叶片上的典型结构,主要分布于叶片前缘、叶身型面,孔径一般在0.3mm~1mm,空间角度复杂。它的孔径大小、深径比、倾斜角度、孔间距、出口形状等参数对冷却效果有很大的影响,而且当今航空发动机包含约100000个气膜冷却孔,要求加工时间尽可能短,加工成本尽可能低,因此气膜孔加工技术是航空发动机涡轮叶片制造的关键技术之一。
激光打孔工艺不需要工作电极和复杂的工装系统,且易于加工高硬度、非导电材料,所以与传统的加工方式相比,有较高的加工效率,具有良好的应用前景。
超快激光柔性电路板高质量高密度加工
柔性线路板具有组装密度高、体积小、质量轻等特点,应用于现在电子产品的连接部位,传统的加工方式由于自身条件的限制很难满足现在电路板更小、更复杂的市场发展需要,为了实现更加精细化的柔性电路设计,超快激光加工给予其更加精细化的加工解决方案,使其同时满足精度和质量双方面的要求。
难加工材料表面微加工技术
硬脆材料,如玻璃、陶瓷、金刚石等硬脆材料因具有其他材料所不具备的独特性能,应用市场广阔,但由于其高硬脆特性,对这些材质进行高质量、低损耗的加工一直是一个难题,特别是近年来3C制造业对于加工工艺要求的不断提升,使激光加工在消费电子触摸屏模组生产、半导体晶圆划片切割、柔性太阳能薄膜电池加工、硬脆性材料打孔、切割等领域展现出全新的应用前景。
超快激光玻璃切割技术
玻璃拥有透光性好,成本可控等优点,被应用于汽车、光伏、显示屏等领域,但由于玻璃易碎的特点,传统玻璃切割过程中容易出现裂纹、碎屑、崩边等现象,激光加工玻璃是一种非接触式的加工过程,可实现0锥度切割,崩边小,极少碎屑粉尘,能够切割复杂形状与图案,加工良品率高。
超快激光陶瓷型芯精密修型技术
在航空发动机空心涡轮叶片的铸造过程中,铝基陶瓷型芯是形成叶片空心内腔的重要中间转接件,其尺寸精度直接决定涡轮叶片内腔结构的成型精度及其使用性能。陶瓷型芯作为空心涡轮叶片铸造过程中的关键部件,要求具有良好的尺寸精度,但由于铝基陶瓷型芯为硬脆难加工材料,导致利用传统的机械加工进行修理存在很大困难,超快激光加工具有无接触应力、无刀具磨损、影响区小、加工灵活、生产率高、加工质量好等优点。因此,将超快激光作为陶瓷型芯精细修理的工具具有优势。
第三代半导体材料加工技术
随着半导体器件应用领域的不断扩大,以金刚石、SiC、GaN和AlN为例的第三代半导体材料以其耐高温、高压,发光效率好,开关速度快等特性有了更多的应用领域和未来预期,可以应用于5G,新能源汽车,高铁,智能电网以及光伏逆变,工业机电等领域。
但是,第三代半导体材料本身属于硬脆性材料,由于摩氏硬度很高,其材料制成的晶圆,在使用传统的切割方式下极易产生崩边等不良影响,因此超快精密激光加工技术显示出了独有的优势。
超快激光碳化硅晶体深孔加工技术
碳化硅(Sic)晶体深孔加工的目的主要是为了满足微机电系统(MEMS)器件的三维集成封装,而 MEMS 器件的三维集成封装主要通过高密度互联技术(HDI)来实现不同板层功能单元的电气互联,其中心工序就是微导通孔的加工和填充。
超快激光加工,具有热影响区小、重铸层厚度小、精度高、效率高等优点,是目前碳化硅晶体这类硬脆材料高深径比微通孔非常合适的加工技术。
开放式激光实验平台助力*家打造科研高地
精密激光加工技术对我国制造业的发展至关重要,世界各国也非常重视激光加工的教育和研发工作,但目前国内外在激光加工中普遍应用的数控系统是一种专门型、封闭式的系统 ,无法直观地观察整套系统运转时的工作原理,为方便激光加工的实训教育和研发工作,超通智能研发的多款开放式激光加工实验平台,可满足不同需求的教育及科研工作。
应用案例
超通智能研发的开放式激光实验平台已应用于天津大学、上海工程技术大学、西安交通大学、温州大学等高等院校的激光实验室,进一步提高了激光加工工程实训的教学质量,起到培养激光应用型人才的目的。
其中红外皮秒激光微纳加工实验平台又称多功能激光加工实验平台,是为温州大学激光实验平台量身定制,具有软硬件深度定制的特点:
未来已来 将至已至
科研之路没有尽头,科技兴国是大趋势,在“中国制造2025”不断深化的背景下,传统的制造业正面临深度转型和升级,其中一个重要战略便是转向附加值和技术壁垒更高的精密加工,超快激光正在朝着先进制造业发展方向,制造技术进入激光制造的新时代,超通智能也将在不断进行科研技术创新的同时,兼顾与地方企业进行技术需求对接,促进科研成果更好的实现产业化。