激光微加工技术纵览基本原理、实际应用及未来展望

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激光微纳加工技术的发展及其应用研究

激光微纳加工技术的发展及其应用研究

激光微纳加工技术的发展及其应用研究激光微纳加工技术是指利用激光精密加工制造微细结构的技术,通常被应用于微电子、微机械、生物医学等领域。

随着科技的不断进步,激光微纳加工技术得到了越来越广泛的应用和研究。

本文将从技术的发展历程、应用领域的扩展以及未来的发展趋势三个方面进行详述。

技术的发展历程激光微纳加工技术最初的起源可以追溯到20世纪60年代,那时候激光微加工还只是一个比较新颖的技术,仅限于表面处理和简单的开槽加工。

1965年,曾在贝尔实验室工作的Theodore Harold Maiman发明了激光,之后激光加工技术得到了快速发展,1970年代末与1980年代初先后涌现出了保护材料法、铜制蚀刻法、氧化退火法等用于激光微纳加工工艺的方法,这大大促进了激光微纳加工技术的应用。

随着半导体工厂在微米制造方面的发展,激光微纳加工技术得以进一步推广,并达到了新的发展阶段。

其中,连续激光加工和脉冲激光加工是最常用的两种激光加工方式,前者主要应用于材料切割和钻孔加工等领域,后者则主要应用于表面处理和蚀刻加工等领域。

应用领域的扩展激光微纳加工技术的应用领域非常广泛,包括微电子技术、MEMS技术、微机械技术、光电子技术、生物医学等多个领域。

其中,微电子技术是激光微纳加工技术最早应用的领域之一,主要应用于电路板的制造和封装。

MEMS技术则是一种微型机电系统技术,其利用激光微纳加工技术来制造出微型传感器、执行器和其他微型机械元件,将其安装在薄膜上,实现微型化处理。

随着科技的不断发展,MEMS技术应用的领域也不断扩展,包括气体传感器、惯性传感器、微药物泵等。

微机械技术则是利用微纳加工技术来制造微小机构的技术,如微型齿轮、微型弹簧等,将其应用于机器人、航空飞行器等领域。

光电子技术则是利用光电子器件来进行光信号处理的技术,其常用于制造芯片和半导体材料。

生物医学则是激光微纳加工技术的新兴应用领域,其应用主要集中在医疗器械的制造与研究上。

激光加工技术及应用

激光加工技术及应用

激光加工技术及应用随着科技的不断发展,激光加工技术也逐渐成为了一种重要的工业加工手段,广泛应用于航空航天、汽车制造、医疗器械、电子产品等领域。

本文将从激光加工的基本原理和分类入手,介绍激光加工的应用现状和趋势,并展望其未来发展方向。

一、激光加工的基本原理和分类激光加工是利用激光束的高浓度能量对材料进行加工的技术,其基本原理是利用激光通过光学系统的聚焦将光能转换成热能,从而使材料表面或内部局部熔化、汽化、蒸发等。

与传统加工方法相比,激光加工具有精度高、速度快、污染小等优点。

激光加工可分为四类:激光切割、激光焊接、激光打孔和激光表面处理。

其中,激光切割是将激光束的能量浓缩在一定的范围内,对材料进行切割;激光焊接是利用激光的高温使材料融合在一起形成焊缝;激光打孔是将激光束聚焦在材料表面,使其局部加热变形形成孔洞;激光表面处理则包括激光熔覆、激光改性等方法,可以提高材料表面的性能。

二、激光加工的应用现状和趋势1.航空航天领域:激光加工被广泛应用于航空航天领域中的零部件制造、修补和加工,如飞机涡轮叶片、航空发动机等。

激光加工能够精确地进行材料切割、焊接,并在工程上实现复杂的结构零件的制造。

此外,激光技术可以精确控制零部件的性能和质量,从而提高飞行器的寿命和可靠性。

2.汽车制造领域:激光加工在汽车制造领域中也得到了广泛的应用。

其主要是应用于汽车的车身、底盘和发动机等部位。

例如,激光切割技术可以用于汽车车身部位的零部件加工;激光焊接技术则可以用于车身、底盘和发动机等部位的装配加工,提高汽车的质量和安全性能。

3.医疗器械领域:激光加工在医疗器械领域中应用范围较广,如牙科、眼科等领域。

激光加工技术可以对微小零部件进行加工,其精度高、操作灵活性强,可以保证医疗器械的高质量和高性能。

4.电子产品领域:激光加工在电子产品制造领域中也有广泛的应用,如透镜的加工、LED封装、薄膜零件的加工等。

激光加工技术具有精确性高、加工速度快等优点,可以提高电子产品的性能和质量。

激光加工技术的应用及未来发展趋势

激光加工技术的应用及未来发展趋势

激光加工技术的应用及未来发展趋势激光加工技术是目前应用最广泛的高精度、高效率加工技术之一,在诸多领域发挥着重要的作用。

本文将从激光加工技术的应用、现状及未来发展趋势等方面展开分析讨论。

一、激光加工技术的应用激光加工技术的应用范围非常广泛,主要涵盖以下几个方面:1. 材料切割。

激光切割技术被广泛应用于金属、非金属材料的加工中,如通过对金属板材进行激光切割,可以高效地完成各种金属零件的制作。

2. 焊接。

激光焊接技术被广泛应用于汽车、机械、电子、航空等诸多领域,可以完成各种材料的高精度焊接,提高了产品的质量和生产效率。

3. 雕刻。

激光雕刻技术是目前应用最广泛的激光加工技术之一,被广泛应用于玉石、皮革、木材、彩金等材料的加工。

4. 理疗医疗。

激光技术在医疗领域应用的最为广泛的领域是激光治疗、激光手术、激光检测等。

二、激光加工技术的现状当前,激光加工技术已经成为了高精度、高效率的加工方法之一。

随着工业加工需求的不断增长,激光加工技术的应用范围也在不断扩大,其应用领域和发展方向也更加多样化。

目前,激光加工技术在中国的应用也非常广泛,尤其在汽车、航空、机械、电子、建筑等领域,激光加工技术的应用已经成为一种趋势。

虽然激光加工技术已经有了广泛的应用,但目前激光加工技术面临的问题也不容忽视。

例如,激光加工过程中的废气处理和粉尘处理问题、激光加工机器的成本昂贵等问题。

三、激光加工技术的未来发展趋势随着科技的不断进步,激光加工技术的应用前景也越来越广阔。

未来,激光加工技术的应用领域还将不断拓展,同时优化激光加工设备也将成为厂家竞争的重点。

未来激光加工技术的发展趋势主要体现在以下几个方面:1. 优化设备、成本更低。

未来的激光加工机将更加高效、便捷,操作起来更加人性化。

同时,通过技术革新和成本的降低,未来激光加工设备的成本会不断被压缩,这对于提高激光加工技术的普及和应用来说非常重要。

2. 更加精细化和智能化。

未来激光加工技术将更加智能化,加工精度将得到更大的提高。

激光加工技术的发展和应用

激光加工技术的发展和应用

激光加工技术的发展和应用激光加工技术是一种高精度、高效率的加工方式,随着科学技术的不断进步,激光加工技术在工业制造、医疗、通信等领域得到广泛应用。

本文将从发展历程、工艺特点、应用领域几个方面来探讨激光加工技术的发展和应用。

一、发展历程激光加工技术起源于20世纪60年代,当时我们还没有现在所熟知的连续激光器,只有脉冲激光器。

脉冲激光器能够产生高能量密度的光束,用于切割、打孔等加工操作。

激光加工技术的发展主要依赖于光学、电子等各方面技术的发展,随着科技的进步,激光器出现了许多新的形态,如CO2激光器、光纤激光器、半导体激光器等。

同时,激光加工技术也不断发掘新的加工方法,如激光刻蚀、激光沉积、激光转移等。

二、工艺特点激光加工技术与传统加工技术的主要区别在于:激光加工是利用光束将工件表面局部加热,使其融化、气化或发生化学反应,实现加工形状的改变。

这一特点使激光加工具有以下几个突出的优点:1.高精度:激光加工可精确控制激光束的能量密度和加工轨迹,从而获得高精度的加工结果。

2.高效率:激光加工速度快,工艺质量好,且节省能源和材料。

3.灵活性:激光加工不受材料硬度、形状等限制,可对各种材料进行加工,且加工形式多样,如切割、打孔、雕刻、焊接等。

4.环保:激光加工没有污染、噪音和振动,可以实现工艺无废。

三、应用领域激光加工技术在众多领域得到了广泛应用,主要包括以下几个方面:1.工业制造激光加工技术在工业制造中几乎涵盖了所有的制造行业,例如,汽车制造、手机制造、空调制造、家电制造等。

激光加工技术可以用于零部件的切割、作标、打孔等操作,还可以用于三维打印、表面改性等方面。

2.医疗激光加工技术在医疗领域也有很多应用,例如,激光美容、激光治疗、激光手术等。

其中,激光手术是激光加工技术在医疗领域的重要应用之一。

激光手术与传统手术相比,具有切口小、止血快、恢复快等优势。

3.通信现代通信技术中,激光光纤通信技术是一项十分重要的技术。

激光微加工技术及其应用研究

激光微加工技术及其应用研究

激光微加工技术及其应用研究激光微加工技术成为了当今制造业的重要分支之一。

它的应用领域非常广泛,可以被应用于制造各类微观元器件和微机械系统等领域。

通过激光微加工技术,可以在材料表面形成微型结构,为微观电子器件的制造提供了巨大的便利。

同时,激光微加工技术还可以用于制造微型光学元件,改善光学电子器件的性能。

本文将介绍激光微加工技术的基本原理,以及其在各个领域的应用研究。

激光微加工技术的基本原理激光微加工技术是一种利用激光束进行材料加工的方法。

激光微加工技术利用激光束的高能量浓度和高定位精度,可以在材料表面形成高精度的微结构,为纳米加工和微加工提供了理想的选择。

激光微加工技术的原理是,利用激光加热金属材料,使其快速熔化并形成喷流,以此达到去除材料的目的。

这种技术可以被用于切割、穿孔、挖空、打孔和加工各种微小结构等。

激光微加工技术可以通过优化激光束的参数,如脉冲宽度和重复率,以获得所需的加工结果。

激光微加工技术的应用研究1. 微型电子元器件制造激光微加工技术可以用于制造各类微型电子元器件,如集成电路芯片、传感器和微机电系统等。

利用激光微加工技术可以制造出尺寸小、功能强大的器件,并满足多样化的市场需求。

例如,激光微加工技术可以用于制造非晶硅薄膜晶体管,非晶硅薄膜晶体管是一种新型的微电子器件,它可以被广泛应用于各种智能电子设备。

2. 微型机械系统制造激光微加工技术可以用于制造微小机械系统和机电一体化设备。

例如,利用激光微加工技术可以制造出微小电动机、形状记忆合金器件、微流控系统等。

这些微型机械系统可以广泛应用于医疗、生物技术和工业自动化等领域,且在应用过程中可以提供高性能、低能耗的特点。

3. 微型光学元件制造激光微加工技术可以用于制造各种微型光学元件。

微型光学元件是用于精细工业、无线通讯、医学等领域的高精度光学组件。

激光微加工技术可以制造出尺寸小、定位精度高、光学性能优异的微型光学元件。

例如,利用激光微加工技术可以制造出光纤末端微型光栅、光纤过渡器、光纤耦合器等。

飞秒激光微加工技术研究及其应用

飞秒激光微加工技术研究及其应用

飞秒激光微加工技术研究及其应用随着科技的日益发展,飞秒激光微加工技术也越来越受到人们的关注。

这种技术利用飞秒激光的短脉冲和高能量密度,对材料进行微加工和微加工制造。

本文将介绍飞秒激光微加工技术的研究和应用,以及对未来的展望。

一、飞秒激光微加工技术研究飞秒激光微加工技术是一种先进的加工技术,其主要原理是通过高速的飞秒脉冲激光照射在材料表面,产生局部熔化和蒸发的现象,从而实现微加工和微加工制造。

这种技术所使用的激光脉冲时间非常短,只有几百飞秒,从而可以大大减少加工产生的热量和机械压力。

飞秒激光微加工技术的研究主要涉及到激光源的开发、加工机器的设计和开发、加工过程控制技术等方面。

激光源是飞秒激光微加工技术的核心,目前主要有铝镓镓砷(AlGaAs)、纳米抽运钛宝石(Nd:YAG)、纳米纤维激光(NFL)等类型的激光源被广泛应用于该技术领域。

此外,加工机器的设计和开发也是该技术研究的重点之一,通过优化机器结构、改进系统控制,可以提高加工的精度和效率。

二、飞秒激光微加工技术应用飞秒激光微加工技术具有高精度、高效率、高品质的特点,被广泛应用于制造、信息、能源、生命科学等领域。

以下将结合实际应用案例,介绍飞秒激光微加工技术的具体应用。

1. 精密制造精密制造是飞秒激光微加工技术的主要应用领域之一。

该技术可以用于制造微型零部件、微型机械、模具等产品。

例如,飞秒激光微加工技术可以制造微型LED芯片,利用飞秒激光脉冲加工出微结构,提高LED的光转换效率。

此外,在MEMS和MOEMS等领域,飞秒激光微加工技术也被广泛应用。

2. 信息技术飞秒激光微加工技术在信息技术领域中的应用主要涉及到光存储和光通信技术。

利用飞秒激光微加工技术可以制造出高分辨率的光栅和微孔阵列,作为信息记录介质,实现超高容量的光存储;同时也可以制造出高品质的光通信设备,实现高速、高容量、低损耗的光通信。

3. 能源科学飞秒激光微加工技术在能源科学领域中的应用主要涉及到纳米材料的制造和太阳能电池的研究。

新型激光加工技术研究与应用展望

新型激光加工技术研究与应用展望

新型激光加工技术研究与应用展望激光加工是一种利用激光束对材料进行加工的技术。

激光加工技术已经广泛应用于不同领域,例如汽车工业,微电子学,医学和航空航天等。

新型激光加工技术研究和应用的发展趋势是探究如何提高精度和效率,减少加工变形和损伤等问题。

本文将分析新型激光加工技术的研究和发展,以及它们在不同领域的应用展望。

一、激光成形技术激光成形技术可以通过激光束在材料表面熔化和烧蚀,使它进一步固化和成型。

这种技术可以有效地减少加工和后处理时间,同时提高精度和制造质量。

激光成形技术已经广泛应用于航空航天、能源和制造业等领域。

实验研究表明,激光成形技术可以制造出复杂的3D形状,如零件、模具、螺栓等。

二、激光微纳加工技术激光微纳加工技术是通过控制激光束的位置和强度,进行微米或纳米尺度的加工。

激光微纳加工技术可以实现高精度、高速和无损的加工效果,并且可以应用于制造微型元件、表面处理和纳米结构制造等领域。

例如,激光微纳加工技术已经应用于微电子学中的CMOS器件制造、纳米光电和MEMS制造等领域。

虽然激光微纳加工技术中存在一些难点问题,例如加工精度和加工速度等,但是未来将进一步提高技术的可靠性和应用性。

三、激光表面改性技术激光表面改性技术是将激光束聚焦在材料表面,通过在表面形成不同的熔化、汽化和重熔化区,从而改变材料的表面性质。

这种技术可以有效地提高材料的耐蚀性、防护性、引燃性和磨损性能。

激光表面改性技术已经广泛应用于航空航天、电子、机械制造和医疗器械等领域。

例如,激光表面改性可以使机械零件具有更好的磨损和腐蚀性能,从而延长零件的使用寿命。

未来,激光表面改性技术将进一步优化材料表面结构和性能,以满足不同领域的需要。

四、激光增材制造技术激光增材制造技术是一种通过控制激光束来进行立体加工的制造技术。

这种技术可以通过不断添加材料层,形成复杂的三维物体。

激光增材制造技术已经应用于航空航天、医疗器械、能源和制造业等领域。

例如,激光增材制造技术可以制造出各种复杂的结构件,如发动机叶片、立体模型和骨骼支撑器等。

激光精密加工设备的发展趋势与前景分析

激光精密加工设备的发展趋势与前景分析

激光精密加工设备的发展趋势与前景分析激光精密加工设备在过去几十年中取得了巨大的发展,并逐渐成为许多工业领域的重要工具。

激光技术因其高精度、高效率和无接触加工的特点,广泛应用于汽车制造、电子制造、航空航天等领域。

随着科技的不断进步和市场需求的变化,激光精密加工设备的发展趋势逐渐显现,同时也带来了前景的展望。

首先,激光精密加工设备的发展趋势之一是技术不断创新与突破。

随着人们对产品精度和质量要求的提高,对激光精细加工设备的要求也越来越高。

因此,各大激光设备制造商纷纷加大研发力度,推出更加先进、高效、多功能的设备。

例如,激光加工设备的功率、加工速度、稳定性等方面都得到了显著提升。

光纤激光器的出现使得设备更加紧凑、节能,并且具有更长寿命。

此外,激光加工设备还引入了自动化、智能化技术,减少了人工操作的错误率,提高了生产效率。

其次,激光精密加工设备的应用领域将进一步拓展。

目前,激光技术已广泛应用于金属材料的切割、焊接和打孔等加工过程。

然而,随着新材料的出现和应用的广泛,激光精密加工设备也将扩大其应用领域。

例如,激光技术可用于陶瓷、塑料和复合材料等非金属材料的加工,进一步满足不同行业对加工的需求。

另外,激光精密加工设备还可以应用于微纳加工领域,如微机械制造、微电子器件制造和生物医学领域等。

这些新的应用领域将为激光精密加工设备带来更多的商机和前景。

第三,激光精密加工设备的发展趋势之一是国际市场的扩大。

当前,激光精密加工设备已成为国际市场上的热门产品。

中国作为激光设备生产大国,其制造技术和生产能力在国际市场中占有重要位置。

根据统计数据,中国激光设备制造业的市场份额在不断扩大,出口量也不断增加。

在中国制造业转型升级的背景下,激光精密加工设备的需求将继续增长。

此外,随着一带一路政策的推动,激光设备的国际市场将进一步扩大。

中国激光设备制造商有机会与国际品牌竞争,提高自身的研发实力和技术水平。

第四,激光精密加工设备的前景也受到环保意识的影响。

激光加工的原理、应用现状与展望

激光加工的原理、应用现状与展望

激光加工的原理、应用现状与展望【摘要】激光加工的原理是利用激光束与物质相互作用,使工件在光热效应下产生高温熔融和受冲击波抛出,从而实现对材料(包括金属与非金属)进行切割、焊接、表面处理、打孔及微加工等。

该技术涉及到光、机、电、材料及检测等多门学科。

激光自其诞生之日来,已对人类生活产生了巨大影响。

其应用已渗入到人类生活的方方面面,比如监测、检测、制造业、医学、航天等。

工程上常用来进行选择性加工,精密加工等。

由于激光加工的特殊特点,其发展前景广阔,目前已广泛应用于激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、切削加工,快速成形,激光钻孔和基板划片,半导体处理等。

作为一种先进的制造技术,激光加工技术对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用,对国民经济的发展也起到了很大的推动作用。

【关键词】激光加工;原理;应用;前景0 前言激光是最重大的发明之一,具有巨大的技术潜力。

它具有强度高、方向性好、单色性好的特点,因此特别适合进行材料加工。

激光加工是激光应用最有发展前途的领域,国外已开发出20多种激光加工技术。

从早期功率小、多用于打小孔和微型焊接到现在的大功率二氧化碳激光器和高重复频率钇铝石榴石激光器,激光加工技术有了很大进展。

激光的空间控制性和时间控制性很好,能够自由地对加工对象的材质、形状、尺寸和加工环境进行控制,特别适用于自动化加工。

激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,已成为企业实行适时生产的关键技术,为优质、高效和低成本的加工生产开辟了广阔的前景。

1 激光加工的原理1.1 激光的特性激光是一种光,它具有一般光的共性(折射、反射、干涉等)。

由于激光发射是受激辐射为主,因而发光物质中基本上是有组织地、相互关联地产生光发射的,发出的光波具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系,所以激光拥有强度高、单向性好、相干性好和方向性好这些特性[1]。

1.2 激光加工的原理由于激光的发散角小和单色性好,理论上可以聚焦到尺寸与光的波长相近的小斑点上,再加上其强度高,因此其加工的功率密度可达到108~1010W/cm2,温度可达1万摄氏度以上。

激光加工技术及应用现状研究

激光加工技术及应用现状研究

激光加工技术及应用现状研究随着科技的不断发展,激光加工技术已经成为了当今最为先进的加工方式之一。

激光加工技术具有精密、高效、环保等诸多优点,已广泛应用于各个领域,包括工业、医学、航空等。

本文将从激光加工技术的基础原理、技术特点、应用现状以及发展前景等方面展开研究。

一、激光加工的基础原理激光加工,简单来说就是利用激光束加热材料表面,使其受热区域熔化或汽化,以达到裁剪、打孔、切割等加工目的。

激光源是激光加工的核心,它产生的光束具有高密度、低散射、高聚焦性等特点。

在激光加工过程中,激光通过透镜等光学元件聚焦成一个极小的点,能量密度可达到106~109W/cm2,材料在较短的时间内受到瞬间高温作用,使其表面产生蒸发、气化等变化。

若将激光在材料表面逐步扫描,同时控制激光功率,就可以实现不同形状、大小的加工过程。

二、激光加工的技术特点激光加工技术具有以下几个特点:1、高精度:激光加工精度可以达到微米级别,比传统加工方式更为精确。

2、高效率:激光加工速度快,且可以同时完成多种加工任务,可以一次完成多次任务,提高生产效率。

3、环保型:激光加工无需机油,减少了对环境的污染。

4、可加工多种材料:激光加工不受材料硬度、脆性及形状限制,可以加工各种材料,包括金属、塑料、陶瓷等。

5、应用广泛:激光加工技术已经广泛应用于各个领域,包括机械制造、医疗卫生、航空航天、建筑等领域。

三、激光加工的应用现状1、电子制造:激光加工技术在电子制造领域应用广泛,如激光打标、电路板切割等。

2、激光切割机械:在机械制造领域,激光切割机械已经成为了主流,广泛应用于各种金属材料的切割、加工。

3、药品制造:激光加工技术在药品制造领域也得到了广泛应用,如在输液瓶安全性标识等方面发挥了重要的作用。

4、精密仪器加工:在航空航天、军工等领域,激光加工技术可以加工出更为精密的仪器零部件,有效提高了零部件的可靠性和精度。

四、激光加工技术的发展前景随着科技的不断进步,激光加工技术将会越来越广泛地应用于各个领域。

激光加工技术的应用和发展

激光加工技术的应用和发展

激光加工技术的应用和发展激光加工技术是近年来快速发展的一种高精度加工技术。

它运用激光的特殊光学性质,在不接触工件的情况下,将极为细小、极为剧烈的热量浓缩到工件上,达到加工的目的。

激光加工技术在制造业、电子产业、生命科学以及航空航天等领域都有着广泛的应用。

一、激光加工技术的应用1.制造业内的应用在制造业方面,激光加工技术被广泛用于制造高精度零件。

这些零件的切削、刻蚀和打孔等工艺需要精细的控制和极高的工作效率,因此激光加工技术的应用就是十分合适的选择。

特别是在汽车零部件的制造过程中,运用激光加工技术的零部件越来越多。

2.电子产业内的应用在电子产业方面,激光加工技术被用于制造电路板、显示器和光电子器件等。

由于激光加工技术能够非常精细地处理微小的零件和部件,因此可以用于制造高精度的电子产品。

例如,激光断路器可以用于制作高密度电路板,以实现更好的电气性能。

3.生命科学内的应用在生命科学领域,激光加工技术被用于制造微型水平的组织芯片和微型传感器。

这些组织芯片和传感器能够对疾病产生非常精细的响应,从而实现疾病的更详细的诊断和治疗。

4.航空航天内的应用在航空航天领域,激光加工技术被广泛用于制造轻质、高强度的航空材料。

激光加工技术可以对航空材料进行加工设计,以满足不同的需求,从而实现飞机的更好的航行表现。

二、激光加工技术的未来发展1.激光加工技术的工艺精度将达到更高水平随着科技的不断发展,人们对激光加工技术的工艺要求越来越高。

人们希望能够利用激光技术来制造出更加复杂、更加高精度、更加高性能的零部件和产品。

因此,激光加工技术的精度将不断提高,让它能够满足更加复杂、高精度、高性能的制造需求。

2.激光加工技术的应用领域将拓展到更广泛的领域随着激光加工技术的不断发展,它的应用领域也将逐渐拓宽。

未来,激光加工技术将在医疗、机器人、人工智能等领域得到更广泛的应用。

3.激光加工技术的工作效率将更高在制造业等领域中,人们对效率的要求越来越高。

激光微细加工技术的研究与应用

激光微细加工技术的研究与应用

激光微细加工技术的研究与应用激光微细加工技术是一种应用非常广泛的前沿技术,能够在微纳尺度下对材料进行加工。

它具有高精度、高效率、高质量的特点,在现代工业中具有非常关键的应用价值。

本文将从激光微细加工技术的原理、发展历程以及应用领域等方面进行深入探究。

一、技术原理激光微细加工技术主要是通过激光在被加工物表面的作用下,使其产生化学反应、物理变化或消失等效应,实现对材料的加工。

其基本原理是通过激光束的聚焦,使光束与材料相互作用,产生较高的局部温度和压力,使物质发生蒸发、沉积、熔化、氧化等变化,从而实现对材料的加工。

二、技术发展历程激光微细加工技术的发展经历了几十年的漫长历程。

20世纪60年代,美国和苏联的科学家们开始在激光微细加工领域进行探索研究。

20世纪70年代,德国、日本、韩国等国家也开始了相关技术的研究。

80年代初,随着计算机技术和控制技术的快速发展,激光微细加工技术得到了迅速的发展。

90年代以来,随着激光技术和材料科学的不断进步,激光微细加工技术在制造业、材料科学、光学等领域得到了广泛应用。

三、技术应用领域激光微细加工技术具有非常广泛的应用领域,在现代工业、科技领域中得到了广泛的应用。

以下将从军事、航空航天、电子信息、生物医学等方面进行介绍。

1. 军事领域:激光微细加工技术在军事装备中得到了广泛应用,如激光导弹制导系统、光电防护系统、军事雷达成像系统等。

2. 航空航天领域:激光微细加工技术在航空航天领域中也得到了广泛应用,如航天器结构、焊接、修补、表面处理等方面。

3. 电子信息领域:激光微细加工技术在电子信息领域得到了广泛应用,如半导体制造、芯片刻蚀、电路打孔、塑胶雕刻等。

4. 生物医学领域:激光微细加工技术在生物医学领域中也得到了广泛应用,如激光治疗、眼科手术、组织切割、药物释放等方面。

四、技术瓶颈虽然激光微细加工技术得到了广泛的应用和发展,但是其仍然存在一些技术瓶颈,如:1. 能量损耗问题:光束在传输过程中会受到各种因素的影响,从而导致损耗。

激光技术的发展现状和未来趋势分析

激光技术的发展现状和未来趋势分析

激光技术的发展现状和未来趋势分析激光技术作为一项重要的现代科学技术,已经在各个领域得到广泛应用。

它以高度集中、高度定向、高度一致的光束为基础,具有独特的特点和广泛的应用前景。

随着科学技术的不断进步和创新,激光技术也在不断发展,不断引出新的研究方向和技术应用。

近年来,激光技术在工业制造领域的应用迅速发展。

激光切割、激光焊接、激光打标等技术的出现和成熟,极大地提高了工业制造的效率和质量。

激光技术可以实现对复杂材料的高精度切割,避免了传统切割方式带来的损耗和误差,大大提高了效率。

激光焊接技术可以实现对金属材料的无损焊接,消除了传统焊接方式产生的焊缝和气孔,提高了焊接质量。

激光打标技术可以实现对各种材料的非接触式标记,广泛应用于商品标识、二维码等方面。

随着激光技术在工业制造领域的不断推广,未来的发展前景将更加广阔。

同时,激光技术在医疗领域也有着广泛的应用。

激光手术技术可以在无创伤的情况下实现对病灶的准确切除,减轻患者的痛苦,提高术后恢复速度。

激光治疗技术可以用于眼科疾病的治疗,如近视、白内障等,手术安全性高,创伤小,恢复快。

激光美容技术可以用于皮肤抗衰老、祛斑、祛痣等方面,有效改善皮肤质量,提升美容效果。

此外,激光技术在医学检测、成像等方面也有广泛的应用。

未来,随着医疗技术的不断进步,激光技术在医疗领域的应用前景将更加广泛,为疾病的早期诊断和治疗提供更多可能性。

激光技术在通信领域的应用也日益重要。

激光通信技术可以实现高速、大容量的信号传输,提高通信速度和带宽。

激光雷达技术可以实现对目标的高分辨率探测与跟踪,广泛应用于测距、测速、导航等领域。

激光光纤技术可以实现长距离、高质量的光信号传输,广泛应用于光通信、光传感等方面。

未来,随着信息通信技术的不断发展,激光技术在通信领域的应用将更加广泛,为现代通信技术的进一步提升提供技术支撑。

虽然激光技术在各个领域的应用已经较为成熟,但仍然存在一些挑战和问题需要解决。

首先,激光技术的成本较高,限制了其在一些领域的推广应用。

激光微加工技术在精密仪器制造中的应用研究

激光微加工技术在精密仪器制造中的应用研究

激光微加工技术在精密仪器制造中的应用研究激光微加工技术是一种应用激光器的高精度加工方法,已经成为现代工业制造领域中不可或缺的一种技术手段。

在精密仪器制造中,激光微加工技术具有更加广泛的应用前景。

本文将探讨激光微加工技术在精密仪器制造中的应用研究。

一、激光微加工技术的基本原理激光微加工技术是利用激光器的高功率密度、高能量聚焦性和可控性,通过在材料表面或内部定位点聚集能量,使材料产生相应的化学、物理效应,以实现所需的微小结构加工。

激光微加工技术的基本原理可以概括为以下几个方面:1. 激光能量的聚焦:激光器通过光学系统将光线聚焦成一个非常小的光斑,能量密度集中在非常小的区域,实现高能量的局部加热或切割。

2. 材料相互作用:激光器的能量与材料相互作用,产生热、光、电、气等效应,改变材料的化学、物理性质。

如熔化、蒸发、烧蚀、氧化等。

3. 几何精度:激光微加工技术具有非常高的几何精度,可以实现微米级的精密加工,满足精密仪器制造对加工精度的要求。

二、激光微加工技术在精密仪器制造中的应用1. 激光切割技术激光切割技术是激光微加工技术中最为常见的应用之一,它可以通过激光束的热能实现对各种材料的精细切割。

在精密仪器制造中,激光切割技术可以用于切割各种微小结构件、轨道、传感器等部分。

例如,利用激光切割技术可以实现对微控制阀部分的加工,提高精密仪器的运动和控制性能。

2. 激光打孔技术激光打孔技术是一种采用激光器产生的高能量光束进行微小孔加工的技术。

在精密仪器制造中,激光打孔技术被广泛应用于微小孔的制造和调整。

例如,传感器中的微孔可以通过激光打孔技术实现,使得传感器的检测效果更为精确和灵敏。

3. 激光精细焊接技术激光焊接技术是将激光能量准确地聚焦在焊接点上,通过熔化和凝固来实现材料的精细焊接。

在精密仪器制造中,激光精细焊接技术被广泛应用于微小零件的连接和组装。

激光焊接技术具有高焊接质量、快速焊接速度和无污染等优点,对提高精密仪器的可靠性和稳定性起到了重要的作用。

新型激光微加工技术发展趋势及应用

新型激光微加工技术发展趋势及应用

新型激光微加工技术发展趋势及应用随着工业科技的不断进步,激光微加工技术已经成为了当今世界上的关键技术之一。

激光微加工是指利用激光对材料进行微小的加工处理,其切口尺寸可以达到微米或更小。

激光微加工已经广泛应用于各个领域,如汽车制造、电子设备、精密模具等等。

本文将介绍新型的激光微加工技术发展趋势及其应用。

一、飞秒激光微加工技术飞秒激光微加工技术是近年来发展最快的微加工技术之一,它可以在几个皮秒到飞秒之间产生非常短的激光光脉冲。

这种技术可以用于加工各种材料,包括金属、陶瓷和聚合物等。

飞秒激光微加工技术的一个主要优势是可以实现非常精细的加工。

激光可以在材料表面创建小坑,这些坑可以被用于制造纳米级别的器件。

此外,飞秒激光微加工技术还可以用于制造三维微结构,这些结构可以用于制造微流控芯片、微机电系统和微电子设备等等。

二、超快激光微加工技术超快激光微加工技术是在飞秒激光微加工技术基础上发展而来的。

超快激光可以在几十皮秒到几百飞秒之间产生非常短的激光光脉冲。

这种技术可以用于加工各种材料,包括金属、陶瓷和聚合物等。

超快激光微加工技术的一个主要优势是可以实现非常高效的加工。

它可以在非常短的时间内实现微小的切削和抛光,从而大大提高了加工效率。

此外,超快激光微加工技术还可以用于制造微型传感器和生物芯片等等。

三、无废弃激光微加工技术无废弃激光微加工技术是指利用激光对材料进行加工处理时不产生任何废弃物。

这种技术可以用于加工各种材料,包括金属、陶瓷和聚合物等。

无废弃激光微加工技术的一个主要优势是可以实现非常环保的加工。

它可以避免产生任何废弃物,从而减少了对环境的影响。

此外,无废弃激光微加工技术还可以用于制造微型传感器和生物芯片等等。

四、应用领域激光微加工技术已经广泛应用于各个领域,如汽车制造、电子设备、精密模具等等。

在汽车制造领域,激光微加工技术可以用于制造发动机部件、制动器和传动系统等等。

它可以大大提高汽车性能和经济性。

在电子设备领域,激光微加工技术可以用于制造半导体器件、LED和显示屏等等。

激光微纳加工技术及其应用前景

激光微纳加工技术及其应用前景

激光微纳加工技术及其应用前景随着科技的发展,越来越多的微纳器件被广泛应用于电子、光电、机械、生物和医疗等领域。

而激光微纳加工技术就是高精度制造微纳器件的一种重要手段。

本文将就激光微纳加工技术和其应用前景进行介绍。

一、激光微纳加工技术激光微纳加工技术是利用高能量、高密度、高方向性的激光束对微纳尺度的材料进行精密加工的一种手段。

它可以以非接触方式加工各种材料和复杂结构的器件,不仅具有高精度、高精度、高效率的特点,而且还能对材料进行局部处理,保持材料的其它特性不变。

激光微纳加工技术主要有以下几种模式:1.激光切割模式:利用激光束的高能量,沿着特定的路径在薄片材料上切割出所需的形状和轮廓。

2.激光打孔模式:通过产生高能量和热量,使激光光束对材料进行剥离或气化,从而形成孔。

3.激光打标模式:利用激光加工对材料进行脱色、氧化或着色,从而形成所需要的标记。

4.激光雕刻模式:利用激光光束的高能量和高密度,通过控制激光束的方向和能量对材料进行雕刻,从而实现制造高精度的微型器件。

二、激光微纳加工技术的应用前景激光微纳加工技术有广泛的应用前景,具体包括以下几个方面:1.微纳电子激光微纳加工技术能够制造出高性能的微电子器件,在计算机、通信、光电和半导体等领域有着广泛的应用。

例如,利用激光微纳加工技术可以制造出高密度的存储芯片和纳米传感器,提高信息处理和搜集的精度和效率。

2.微纳机械激光微纳加工技术可以制造出高精度、高效率的微机械器件,在微流控、微传感器和微机械装置等领域有着广泛的应用。

例如,利用激光微纳加工技术可以制造出微型锥形孔道阵列和微机械运动机构,可以用于研究细胞、分子的运动轨迹和微细物体的取样。

3.微纳医疗激光微纳加工技术可以制造出高精度、高易用性的微型医疗器械,在癌症治疗和生物制造领域有着广泛的应用。

例如,利用激光微纳加工技术可以制造出可植入血管的人工心脏瓣膜和能够释放药物的微型药剂,可以用于心脏病、癌症、神经系统疾病等的治疗和监测。

超快激光微结构加工原理和典型应用2500字

超快激光微结构加工原理和典型应用2500字

超快激光微结构加工原理和典型应用一、简介超快激光微结构加工是指利用飞秒或皮秒激光对材料进行微观结构加工的一种先进工艺。

与传统激光加工相比,超快激光具有更高的精度、更小的热影响区和更少的毁伤效应,因此在微结构加工领域具有巨大的应用潜力。

本文将对超快激光微结构加工的原理和典型应用进行探讨。

二、原理1.超快激光的产生飞秒激光和皮秒激光是超快激光加工的基础工具。

飞秒激光是指脉冲宽度在飞秒(1飞秒=10^-15秒)量级的激光,而皮秒激光则是脉冲宽度在皮秒(1皮秒=10^-12秒)量级的激光。

这两种超快激光具有极高的峰值功率和极短的脉冲宽度,可以实现对材料的高精度加工。

2.超快激光的加工原理超快激光微结构加工的原理主要包括光学非线性效应、电子动力学效应和热动力学效应。

在超快激光作用下,材料的电子和原子会发生非常快速的相互作用,形成各种微观结构,如微孔、微凹、微槽等。

通过控制激光的参数和材料的特性,可以实现对材料的精细加工。

三、典型应用1.微纳加工超快激光微结构加工在微纳加工领域具有广泛的应用。

通过精密控制激光的脉冲能量和频率,可以实现对微米甚至纳米尺度的微细结构加工,如微透镜、微透孔、微阵列等,广泛应用于光学、生物医学、电子等领域。

2.表面功能化超快激光微结构加工也可以实现对材料表面的功能化处理。

利用超快激光可以在材料表面形成微纳米结构,改变其表面特性和性能,实现超疏水、超疏油、超抗菌等功能,广泛应用于涂料、材料防污、抗菌等领域。

3.生物医学应用超快激光微结构加工在生物医学领域也有重要应用。

通过控制激光的参数和加工过程,可以实现对生物细胞、组织和生物材料的微观加工和定向修复,为生物医学领域的研究和临床治疗提供了新的手段和途径。

四、个人理解超快激光微结构加工作为一种新兴的加工技术,具有巨大的潜力和应用前景。

我个人认为,在未来的发展中,超快激光微结构加工将会在光学、生物医学、电子等领域发挥越来越重要的作用,为人类社会的进步和发展带来更多的可能性和机遇。

激光微加工技术在微纳器件制造中的应用

激光微加工技术在微纳器件制造中的应用

激光微加工技术在微纳器件制造中的应用随着科技的不断发展,微纳技术正在成为一个新兴的领域。

微纳技术是一项涉及到微米尺度和纳米尺度范围内物质结构的技术,它已经被广泛应用于生物医学、信息通讯、能源和材料领域,甚至可以被应用于制造全新的微型机器人。

激光微加工技术在微纳器件制造中具有优异的特性。

本文将阐述激光微加工技术在微纳器件制造中的基本原理、优势以及未来的发展前景。

一、激光微加工技术的基本原理激光微加工技术是利用激光束对微米尺度物质进行加工的技术。

与其他普通的加工方式不同,激光加工具有非常高的功率密度和良好的方向性。

它可以通过聚焦光束控制加工的位置和深度,从而实现对微米尺度物质的高精度加工。

激光微加工技术主要有以下几种类型:1. 激光蚀刻技术:通过激光束的热作用,使材料被蒸发或氧化,从而达到蚀刻效果。

这种技术通常用于制造微通道、微细孔等微结构。

2. 激光切割技术:通过控制激光束的位置和功率,实现对微米级别物质的切割。

这种技术通常用于制造微器件、微机械等。

3. 激光打标技术:通过激光束在材料表面的热作用,实现对微米尺度物质的标记和刻印。

这种技术通常应用于制造微型元器件、标识等。

二、激光微加工技术的优势激光微加工技术在微纳器件制造中具有突出的优势:1. 高精度加工:激光加工具有非常高的功率密度和良好的方向性,可以通过聚焦光束的形状和大小来控制加工深度和形状。

它可以实现微米级别的加工精度,从而满足微器件制造中的高精度加工需求。

2. 非接触式加工:激光微加工技术是非接触式加工,不会对微纳器件的表面造成物理损伤。

这种优势使得微器件制造变得更加精细。

3. 操作灵活:激光加工可以根据需要调整加工深度、形状和材料,因此可以方便地调整加工参数,适应不同的微器件制造需求。

三、激光微加工技术的发展前景激光微加工技术在微纳器件制造中具有广泛的应用前景。

未来,随着激光加工技术的不断发展,激光微加工技术将进一步提高工艺水平,拓宽应用范围,具体表现在以下几个方面:1.技术不断创新:激光微加工技术的应用范围不断扩大,涉及到压电陶瓷、半导体等新型材料。

激光微纳加工技术在微电子产业中的应用前景展望

激光微纳加工技术在微电子产业中的应用前景展望

激光微纳加工技术在微电子产业中的应用前景展望概述随着科技的迅猛发展,微电子产业正处于快速发展的阶段。

为了满足日益增长的市场需求和实现更高的工艺精度,激光微纳加工技术作为一种高精度、高效率、无接触的加工方法,被广泛运用于微电子产业中。

本文将重点探讨激光微纳加工技术在微电子产业中的应用前景,并分析其现有的挑战和未来的发展方向。

1. 现有应用1.1 激光切割与刻蚀激光微纳加工技术在微电子产业中广泛应用于晶圆切割和刻蚀等领域。

传统的机械切割和化学刻蚀往往存在精度低、加工速度慢等问题,而激光微纳加工技术通过激光束的高聚焦和高能量密度,能够实现高精度的切割和刻蚀。

同时,由于激光加工无接触性,可以避免传统加工方法对材料的损伤和变形,提高了产品的质量。

1.2 光阻层图形化处理微电子产业中,光阻层的图形化处理是最常见的步骤之一。

激光微纳加工技术通过控制激光束的强度、聚焦度和扫描速度,可以实现对光阻层的高精度加工。

相比传统的光刻技术,激光微纳加工技术能够提高加工速度、降低成本,并且减少化学液体的使用,具有环保的特点。

1.3 激光微钻孔技术激光微钻孔技术是激光微纳加工技术在微电子产业中的又一应用。

与传统的机械钻孔相比,激光微钻孔技术具有孔径小、孔壁光滑、孔径形状可控等优点,可以实现对微电子器件中密集的、不规则形状的孔洞的加工。

此外,激光微钻孔技术也可以应用于材料的微细加工和孔隙结构的制备,进一步推动微电子产业的发展。

2. 发展前景2.1 提高加工速度和精度随着微电子产业的发展,对加工速度和精度的要求也逐渐提高。

激光微纳加工技术具有高速、高精度的特点,可以满足微电子产业对加工质量和数量的要求。

未来,激光微纳加工技术有望进一步提高加工速度和精度,使其更好地适应微电子产业的需求。

2.2 拓展材料范围目前激光微纳加工技术主要应用于半导体材料和玻璃材料等传统材料的加工,对于其他类型的材料,如生物材料和有机材料的加工,仍然存在一些挑战。

激光微细加工技术的研究与发展

激光微细加工技术的研究与发展

激光微细加工技术的研究与发展激光技术作为一种应用广泛的高科技,其在制造、军事、医学及其他领域中都有着广泛的应用。

其中激光微细加工技术,也成为了当今制造领域中的重要技术。

在加工工艺中,激光微细加工技术能够实现对高精度、高复杂度部件的定向切割、雕刻、焊接、钻孔等操作,成为了精密制造过程中不可或缺的一环。

激光微细加工技术的基本原理是利用能量非常集中的激光束,通过对工件表面进行高能量密度的瞬间加热,使物质蒸发、熔化、化学反应等,从而实现对工件的微细加工。

相比于传统的机械加工技术,激光微细加工技术具有加工质量高、工艺可控性强、加工速度快等优点。

同时,激光加工还可以根据不同的性质和能量等级,对不同材料进行加工,如在医学领域中,激光微细加工技术可以对不同类型的软组织、硬组织进行精细切割,而在制造领域中,激光微细加工技术可以对诸如硬质合金、陶瓷等难以加工的材料进行定向切割、压印。

激光微细加工技术的主要应用领域之一是微电子领域。

在微电子加工中,激光微细加工技术具有非常重要的作用。

相较于传统电子加工工艺,激光微细加工技术可以在保持高精度的同时,缩短加工时间、降低加工成本,特别是对于芯片内部的微加工,在实现高精度的同时,能够大大提高芯片的产量和性能。

同时,激光微细加工技术还可以实现对微细光电元件、微机电元件等多种微电子元件的制造,以及在微电子封装、检测等领域中的应用。

另外,激光微细加工技术在生医领域也有着广泛的应用。

生物材料常常具有非常复杂的形态结构,在传统的制备方法中难以获得精细的结构和形状。

激光微细加工技术则能够根据不同的应用场景和需求,高效地刻画出微细的结构和形状,如在生物芯片的制备中,激光微细加工技术可以实现对芯片上复杂的微结构、微孔的精细加工,从而增加芯片的功能和效率。

同样,激光微细加工技术在医学领域中,可以实现对不同材料的切割、打孔、雕刻、粘接等多种操作,或用于相关医疗器械的制造,如直观的手术模具和导板等。

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波长A应该位于材料的强吸光率范围
之内,这取决于材料的光学参数(民A=1一
R,艿=1/d)。
脉冲重复频率斥它对微成形生产效率
及选择何种工艺加工方法有着直接的影响。
比较各种参数,对于Nd:YAG激光器
(丁一10。s,.厂~104Hz),铜蒸气激光器(丁~
10—8s,/一1Q4Hz),r~10—8s,/一103Hz的准分
孔深^的增加可通过公式(4)来描述, 但计算孔径d的改变量却相当复杂,这是由 影响孔壁的加热和破裂的诸多因素相互作用 所致。
这首先包括由于材料的熔化而产生的液 态外貌,这种现象发生于表面蒸发温度兀和 熔化温度%之间。
其他一些影响这个过程的主要因素有: (如图2)
一气体凝结物; 一由于光束发散使孔壁直接吸收光能; 一由柱状物引起的光散射; 一发生在蒸气喷口孔壁之间的辐射和对
显而易见,要想获得可靠的微成形加工
质量,则应该提供能量密度口恒定的激光
束。扫描系统所必需的能量密度q为:g=
^K。/d。L(16),或者根据P/K。=砌。厶,=恒
定值=B(17),这就意味着当能量恒定时,
PK。应当也都是恒定的。这对于高速加工形
状复杂的图形尤为重要。如果儿不是恒定
的,而是随着扫描轨迹变化,那么它可能满足
图3 激光源远心模型(多模运转)。焦斑直径也= 0【F,焦深Z=2凼F/D(14),投影直径D。,=D卢(15) (口一光学系统放大倍数,届=F/Zrn)。
对于焦斑而言,提出这样的问题是有意 义的:能获得的最小光斑尺寸是多少呢?有两 种可行的办法来克服衍射造成的束缚;1.在 大范围内,d。i。不依赖于光学现象,而受d0 (I)<入区域内物理条件的限制。当在薄膜上 打孔时,dmi。兰詈÷^,(^为膜厚度),这 取决于薄膜对基体的附着力;2.在小范围内 进行光刻,不使用传统的光学原则及透镜,而 使用纳米级的探针,将其放置在离表面几纳 米距离处。
子激光器好像更为可取,具有更为广泛的应
用。但有时对诸如玻璃陶瓷这样的材料而
言,二氧化碳激光器应作为首选。
2.3 对光学系统的要求
任何一种用于激光微成形加工的光学系
统都应满足下列三组基本条件:
就能量方面而言。光学系统应该:
·能够提供足够大的光强;
·最大限度地利用激光发射能量,这取
光机电信息“/2001 OME I 万NF方OR数MA据llON No.1 1.2001
图1 激光微成形产品
光机电信息11/2001
0ME INFORMATl0N No.1 1.200l
◆专题聚焦
激光在这些领域中的应用存在着一个共 同的问题,那就是如何提高激光微成形加工 的精度和质量以及加工效率。
2 基本原理
2.1 激光微成形的物理模型
主要步骤:
一在光穿透深度8=上,10-5—1旷6sm 的前提下,激光辐射金属的吸收量符合下式:
下式:
P=召亿f£J
(17)
所以,仅当脉冲发生期间才能满足条件
(17),则意味着恒定的激光能量密度及可靠
的激光微成形质量。
B型扫描系统受到额外条件的限制,可
从图中明显看出,增加£,减小d与减小光斑
万方数据
3.1 微电子学 激光技术在微电子学领域有着极为广泛 的应用: 一激光光刻包括掩模修整、光掩模形貌 校正、掩模产生、集成电路制造和微打标等。 一电子元件的激光微调,诸如电阻器、石 英谐振器、过滤器、薄膜线路的功能微调等。 薄膜的激光沉积; —信息记录,如模拟和数字信息; 一激光退火,合金化及半导体掺杂; 一微焊接、钻孔、切割、划线等; 一激光局部热化学、光化学加工,如化学 汽相沉积,无掩模成形等。 在此仅就在光刻过程中出现的问题和解 决办法加以讨论。为了减少或消除在薄膜上 进行光刻时出现的连续的图形扭曲现象,用 文中第二部分给出的解决办法完全能够克 服。 3.2 微机械学 该部分主要介绍一些微型机械零件的加 工过程,如切割、钻孔、热渗透、打标、雕刻、焊 接和硬化等。 得到高质量的激光精密切割成品是相当
n=h·s
根据能量密度,式(1)可转化为:
q=hlpcTv+Lm+Lv)/t
t2、
该式中常取:
pcL≈103J/cm3,
厶I.≤103J/cm3,西≥104J/cm3。 蒸发穿透速度%(假设吸收的能量仅用
于蒸发,不计pc兀且厶《厶)为%=q/厶 (3)
一维微成形模型的定性特性: 一孔深^随着持续工作时间T及速度
尺寸大小。
注:
·连续波激光器有效作用时间为:
7-=玩/以。
(13)
式中:cf0一焦点直径,‰一扫描速度;
·在任何情况下都应满足公式9和lO。
激光能量应该能够提供足量优质的能量
密度q-一位于蒸发起始点g山。。n和吸收起始
点之间,通常取g一(2~3)g山础。 计算表明,通常用于微成形加工的激光
能量p=1kW是必要的。
液体在结晶之前的重新分布对最终的成
形起决定性作用。这种重新分布的结果使得
匿纯赡薛表谣形状与出激光寨几何形获、气 化动力以及激光脉冲结束后部分液态材料的 流俸动力决定静表嚣形状差异缀大。
液体增多的主要原因:
一枣予髓着孔深的增热光束逐滋发散, 光通量密度逐渐减小;
一在激光脉冲逐渐溃失时,能量的缓慢 减小键使脉冲过后表面的液态残余物体积增
%的增加而线性增长:
危:%r:}.r
(4)

一孔径不增加:d=cfo=常数; 一无液态阶段,只有气体生成物; 一可达理想精度;
光机电信息1l/2001
0ME 万I方NF数ORM据A’Ⅱ0N No.1 1.200l
一产品质量优良; 二维模型
一维模型不能用来描述孔增长的动力学 过程,因为当孔深^增加到与光斑尺寸r0大 小相当时,孔壁对孔的形成动力的影响不应 被忽略。
光机电信息11/2001
0麓E lN两R鹾文露◇楚慕o。l 1.艺夺§l
◆专题聚焦
<<尸c。o
脉冲持续时间7-限定了下面这些过程
量:
一脉冲能量起始点口。。(公式9,10) 一液体数量‰(公式5);
一反气压值Pv(公式6);
一热机械压力值Ftm一√《近似);
一蒸气对入射光束所起到的阻挡影响;
一起始能量密度的稳定性取决于照射区
m一蒸气质量 形一蒸气运动速度
4.为产生最少的液相提供条件,优化激 光寒质量是必要的:
一激光能量特性取决于激光电源参数; 一空间特性取决予激光束秘光学系统参
数;
5.最容易达蓟质量要求静方法魁提供 一维模型工作条件。
2。2对激光源的要求
哪一种激光模式更好,连续波的还是脉 冲重复的?
从能量损耗的观点出发,脉冲重复激光 模式比连续波要好褥多。
下面仅就激光微成形过程加以讨论。微 成形过程包括微电子学领域的光刻、微机械 学领域的激光精密切割以及包括激光抛光
万方数据
(不考虑退火、硬化、焊接这样的热过程)在内 的微光学领域的激光微型结构化。
激光微成形的基本物理过程: 一适于各种材料的蒸发和烧蚀; 一加热(通过机械作用实现)——仅适于 玻璃元件的微成形; —适于微电子元件用的薄膜或薄层的蚀 刻和其他过程; 一三维叠层——适于光聚合物,陶瓷(粉 末)合成物和切纸。 鉴于激光烧蚀的加工过程是目前最流行 的,为此本文讨论了微成形过程。 虽然激光在微电子学、微机械学、微光学 领域中的应用有着一些外在的差异,即不同 的材料(薄膜、金属、玻璃等)和不同的激光束 (不同波长和能量),但其本质都相同。由于吸 收能量多的部分最终将被烧蚀掉,所以热过 程(熔化和蒸发)将限定最终的形状改变(如 图1所示)。
加;
一额外的连续作用时间越长,熔化材料 的体积越大,因而孔的尺寸也越大,丽且切割 宽度也随之增加。除此之外,长时闽的连续
工作逐导致形成一个产生氧化物并发生结构 改变的大区域。在此区域里,由予热影响鼷 的加深使孔的表面出现缺陷。
警致徽成形精度不高的其谴原因还有: 一由于激光器模式特征而引起的横向光 束强度分布不均匀; 一光斑边缘模糊不清。
从以上讨论中可知,为了提高激光微成 形加工的质量和效率,使用易于被材料吸收 的,高频短脉冲激光束和性能优越的扫描投 影光学系统是必要的。但是选取哪种系统要 取决于操作类型。另外,加工成本在很大程度 上对采取何种方法有着一定的限制。
3 激光微成形加工的实际应用
图4 A一透镜焦面处A型试样表面,B一透镜焦面 处的B型试样表面中心点。
瓦=2Aq ̄/盯/而√牝
(9)
式中:A一光吸收率, 此时:只=艽|i}r2咒√趸/2A√8r (10)
平均能量耳=础r饵拣r/2矗石Leabharlann (11) 式中:.,一脉冲重复频率。
下式定义为:只/p。=r毋/、/nr(12) 取f=lms,,=lk糙z,ro=100p,a=0.1cm/s, √聪r=100弘,70/ ̄/口r并l,丘黧10一。所以 不管&,岱和r如霭合理搭配,都有耳
流热交换;
一热传导。
还应考虑下列现象:
一应该有充足的气压来吹走孔中的熔化
金属:
一腐蚀物对入射光束的影响。
图2 激光微成形简图
影响激光微成形质量的主要因素: 在每一个实际的激光微成形过程中,液 态阶段的绝大部分都保留在激光脉冲到来之
专题聚焦●
后的被照射区。 一般来说,大量液体的形成及难以完全
从表面清除都是极其不利并且难以控制的现 象,正是由予这些现象导致了激光微成形酶 效率和质量大大降低。
1 概述
激光微加工技术主要应用于以下三个重 要的领域:
微电子学(ME)一薄膜的局部沉积及去 除,即用激光修整、激光光刻、微机械加工,以 及退火、局部掺杂及焊接等。
微机械学(MM)一在设备制造业、汽车以 及航空精密制造业和各种微细加工业中可用 激光进行切割、钻孔、打标、雕刻、划线、热渗 透、焊接、硬化处理等。
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