Die neue Generation der In-Zylinder-Direkteinspritzung ist die Mainstream-Technologie im Bereich der Automobilmotoren. Es spritzt den Kraftstoff durch das Einspritzventil pr?zise in den Zylinder ein und vermischt sich vollst?ndig mit der Ansaugluft, um die Wirkung jedes Kraftstofftropfens voll auszusch?pfen.

Wie aus der folgenden Abbildung ersichtlich ist, sind auf dem Injektor Mikroporen verteilt, deren Durchmesser weniger als 150 Mikrometer betr?gt. Lochdurchmesser, Oberfl?chenrauheit, Position, Form usw. wirken sich direkt auf die Leistung des Injektors aus, daher gelten strenge Verarbeitungsanforderungen. Gleichzeitig muss die Bearbeitungszeit jedes Mikrolochs innerhalb weniger Sekunden kontrolliert werden, um Wirtschaftlichkeit zu erreichen.

Das Problem besteht also darin, dass die Verarbeitungsanforderungen von Injektormikrol?chern die Kapazit?t herk?mmlicher mechanischer Bohrtechnologie bei weitem übersteigen. Welcher Prozess wird verwendet, um diese Mikrol?cher genau zu bearbeiten?

Traditionelle Verarbeitungsmethode vs. innovative Mikroloch-Verarbeitungstechnologie

Gegenw?rtig umfassen die g?ngigen Mikroloch-Bearbeitungsverfahren von Injektoren haupts?chlich mechanisches Bohren, EDM und Femtosekunden-Laserbearbeitung.

Die Kosten für das mechanische Bohren sind am h?chsten. Da das Werkzeug zum Bohren kleiner L?cher teuer ist, sich beim Bearbeitungsprozess leicht abnutzt und das Werkzeug ein Bruchrisiko aufweist, das sich direkt auf die Konsistenz der Mikrolochbearbeitung und die Produktausbeute auswirkt, und die Kosten für Verbrauchsmaterialien hoch sind.

Obwohl EDM in der Gr??e etwas flexibler ist als mechanisches Bohren, ist seine Bearbeitungseffizienz gering und die Oberfl?chenrauheit nicht ideal. Insbesondere wird es eine Umschmelzschicht auf der bearbeiteten Oberfl?che geben. Gleichzeitig müssen wir auch die Elektrodenkosten und die Stabilit?t des Prozesses berücksichtigen.

Der Femtosekundenlaser kann jedoch im Bearbeitungsprozess keine W?rme erzeugen, und das mit dem Femtosekundenlaser bearbeitete Mikroloch hat keine Umschmelzschicht und keinen Grat, wodurch eine klarere scharfe Kante und eine bessere Oberfl?chenqualit?t erzielt werden k?nnen, wodurch die Lebensdauer der Düse verl?ngert wird.

Am Beispiel einer Bohrung mit einem Durchmesser von 150 μm und einer Tiefe von 0,5 mm werden die Bearbeitungsergebnisse von EDM und Femtosekundenlaser verglichen

Die linke Seite der Abbildung zeigt das durch EDM bearbeitete Mikroloch und die rechte Seite zeigt das durch einen Femtosekundenlaser bearbeitete Mikroloch

Erw?hnenswert ist, dass uns die Laserbearbeitung nicht fremd ist. Also, was ist der Unterschied zwischen Femtosekundenlaser und Nanosekundenlaser und Pikosekundenlaser, den wir oft h?ren?

Lassen Sie uns zuerst die Zeiteinheitenumrechnung verdeutlichen

1 ms = 0,001 s = 10^-3s 

1 μs = 0,000001 s = 10^-6s?

1 ns = 0,0000000001 s = 10^-9s

1 ps = 0,0000000000001 s = 10^-12s

1 fs = 0,000000000000001 s = 10^-15s

Wenn wir die Zeiteinheit verstehen, wissen wir, dass der Femtosekundenlaser eine extrem kurz gepulste Laserbearbeitung ist, sodass nur er wirklich für eine hochpr?zise Bearbeitung geeignet sein kann.

Es gibt Nanosekundenlaser-Bohrl?cher, Pikosekundenlaser-Bohrl?cher und Femtosekundenlaser-Bohrl?cher

Arbeitsmechanismus des Femtosekundenlasers

Wenn der Femtosekundenlaser auf die Metall- und Nichtmetallbearbeitung einwirkt, ist das Prinzip ein v?llig anderes. Auf der Metalloberfl?che befindet sich eine gro?e Anzahl freier Elektronen. Wenn der Laser die Metalloberfl?che bestrahlt, werden die freien Elektronen sofort erhitzt und die Elektronen kollidieren in zehn Flugsekunden. Die freien Elektronen übertragen Energie auf das Kristallgitter und bilden L?cher. Die Energie der Kollision freier Elektronen ist jedoch viel kleiner als die von Ionen, so dass es lange dauert, Energie zu leiten. Dieses Problem wurde jedoch von chinesischen Wissenschaftlern gel?st.

Wenn ein Femtosekundenlaser auf nichtmetallische Materialien einwirkt, sollte die Oberfl?che der Materialien vor der Laserbestrahlung ionisiert werden, da sich auf der Oberfl?che der Materialien nur wenige freie Elektronen befinden, und dann werden freie Elektronen erzeugt. Die verbleibenden Glieder stimmen mit den Metallmaterialien überein. Wenn ein Femtosekundenlaser zum Bearbeiten von Mikrol?chern verwendet wird, wird im Anfangsstadium eine kleine Vertiefung gebildet. Mit zunehmender Anzahl von Impulsen nimmt die Tiefe der Vertiefung zu. Mit zunehmender Tiefe wird es jedoch für die Trümmer immer schwieriger, aus der Grubensohle herauszufliegen. Als Ergebnis wird die Energie der Laserausbreitung nach unten immer geringer und der S?ttigungszustand der Tiefe kann nicht erh?ht werden, das hei?t, es wird ein Mikroloch gebohrt.

Anwendung der neuen Femtosekunden-Lasertechnologie

Die Anwendung der neuen Femtosekundenlasertechnologie entsteht gerade. Zu den Hauptanwendungsbranchen geh?ren: Halbleiterindustrie, Solarenergieindustrie (insbesondere Dünnschichttechnologie), Industrie für planare Displays, Legierungsmikroguss, Pr?zisions?ffnungs- und Elektrodenstrukturverarbeitung, schwierige Materialverarbeitung in der Luftfahrt, medizinische Ger?te und andere Bereiche!

Vor dem Hintergrund von Made in China 2025 steht die traditionelle industrielle Fertigungsindustrie vor einem tiefgreifenden Wandel. Eine der Richtungen besteht darin, die Effizienz zu verbessern und sich der High-End-Pr?zisionsverarbeitung mit h?herem Mehrwert und h?heren technischen Barrieren zuzuwenden. Die Laserbearbeitung steht ganz im Zeichen dieses Themas. Laser und Laserbearbeitungsger?te sind in High-End-3C-Fertigungsbereichen wie der Produktion von Touchscreen-Modulen für Verbraucherelektronik, dem Schneiden von Halbleiterwafern usw. aufgetaucht und zeigen neue Anwendungsperspektiven in der Saphirbearbeitung, der Herstellung von gebogenem Glas und der Keramik.

3C-Industrie

Als typischer Vertreter von Ultrakurzpulslasern hat der Femtosekundenlaser die Eigenschaften einer ultrakurzen Pulsbreite und einer ultrahohen Spitzenleistung. Es verfügt über eine breite Palette von Verarbeitungsobjekten, die sich besonders für die Verarbeitung von spr?den Materialien und w?rmeempfindlichen Materialien wie Saphir, Glas, Keramik usw. eignen, sodass es für die Mikroverarbeitungsindustrie in der Elektronikindustrie geeignet ist.

Der Hauptgrund ist, dass die Anwendung von Fingerabdruck-Identifikationsmodulen in Mobiltelefonen seit letztem Jahr zum Kauf von Femtosekundenlasern geführt hat. Das Fingerabdruckmodul umfasst die Laserbearbeitung: ① Wafer-Dicing, ② Chip-Cutting, ③ Cover-Cutting, ④ FPC-Softboard-Konturschneiden und -Bohren, ⑤ Lasermarkieren usw. Darunter werden haupts?chlich Saphir- / Glas-Abdeckplatte und IC-Chip verarbeitet. Apple 6 verwendet seit 2015 offiziell die Fingerabdruckerkennung und hat die Popularit?t einer Reihe einheimischer Marken gef?rdert. Derzeit liegt die Penetrationsrate der Fingerabdruckidentifikation unter 50%. Daher gibt es noch einen gro?en Entwicklungsraum für Lasermaschinen, die zur Verarbeitung von Fingerabdruck-Identifikationsmodulen verwendet werden.

Gleichzeitig kann die Lasermaschine auch zum Bohren von Leiterplatten, Schneiden von Wafern usw. verwendet werden, und das Anwendungsfeld wird st?ndig erweitert. Insbesondere mit der zukünftigen Anwendung von spr?den Materialien mit hoher Wertsch?pfung wie Saphir und Keramik in Mobiltelefonen werden Laserbearbeitungsger?te zu einem wichtigen Bestandteil von 3C-Automatisierungsger?ten. Wir glauben, dass Femtosekundenlaser in Zukunft eine breite und tiefgreifende Rolle im Bereich der automatischen 3C-Verarbeitungsger?te spielen werden.

Flugzeugmotor

Chinas Triebwerksbautechnologie war lange Zeit ein Engpass, der die Entwicklung der Luft- und Raumfahrtindustrie einschr?nkte. Die Qualit?t der Produkte entspricht in zweierlei Hinsicht nicht dem Standard: Einer ist die Materialtechnologie; die andere ist die Materialbearbeitungstechnik. Femtosekunden-Laserbohren l?st dieses Problem!

In der Luft- und Raumfahrt ist die Gasturbine die erste der drei Schlüsselkomponenten des Triebwerks, und ihre Leistung bestimmt direkt die Qualit?t des Triebwerks. Die Arbeitstemperatur von Turbinenschaufeln von Flugtriebwerken betr?gt jedoch mindestens 1400 ℃, sodass für Hochtemperaturteile, insbesondere Schaufeln, eine genaue Kühltechnologie erforderlich ist.

Die Schaufelkühlung wird üblicherweise durch eine Vielzahl von Folienl?chern mit unterschiedlichen Durchmessern erreicht. Der Lochdurchmesser betr?gt etwa 100 ~ 700 μm, und die r?umliche Verteilung ist komplex. Die meisten von ihnen sind geneigte L?cher mit Winkeln im Bereich von 15 ° bis 90 °. Um die Kühleffizienz zu verbessern, ist die Form der L?cher oft f?cherf?rmig oder rechteckig, was gro?e Schwierigkeiten bei der maschinellen Bearbeitung mit sich bringt. Gegenw?rtig ist das Hauptverfahren Hochgeschwindigkeits-EDM, aber die Herstellung von Werkzeugelektroden ist ?u?erst schwierig, die bearbeiteten Teile sind leicht zu verschlei?en, die Bearbeitungsgeschwindigkeit ist langsam, es ist schwierig, die Bearbeitungssp?ne im Loch zu entfernen, ist es nicht leicht zur W?rmeableitung, daher nicht für die Massenproduktion geeignet.

Darüber hinaus ist die Oberfl?che moderner Triebwerksschaufeln normalerweise mit einer Schicht W?rmed?mmschicht bedeckt, bei der es sich normalerweise um Keramikmaterial handelt, das nicht durch herk?mmliches EDM bearbeitet werden kann, was die Schlüsseltechnologie für die fortschrittliche Triebwerksfertigung der Zukunft darstellt. Mit der Entwicklung der Nichtmetallisierung von Triebwerksschaufelmaterialien ist EDM unzuverl?ssiger. Die Femtosekundenlaserbearbeitung hat viele Vorteile, wie z. B. breite Anpassungsf?higkeit, hohe Positioniergenauigkeit, keine mechanische Verformung, kein direkter Kontakt und so weiter. Es eignet sich sehr gut für die Bearbeitung von Mikrol?chern.

medizinische Versorgung

Derzeit sollten alle Femtosekundenlaser, die in der refraktiven Augenbehandlung verwendet werden, eines der ausgereiftesten Ger?te in der medizinischen Anwendung der Femtosekundentechnologie sein. Es gibt auch Expander-, Endoskop- und Katheterverarbeitung und so weiter.

Bei der medizinischen Behandlung ist die Energie des Femtosekundenlasers im Vergleich zu Langpulslasern hochkonzentriert, es gibt fast keinen W?rmeübertragungseffekt w?hrend der Aktion, so dass es nicht zu einem Temperaturanstieg der Umgebung kommt, was bei der medizinischen Anwendung sehr wichtig ist Laser Behandlung. Einerseits werden mehrere Grad Temperaturanstieg augenblicklich zu Druckwellen und übertragen sich auf Nervenzellen, um Schmerzen zu erzeugen. Andererseits kann es t?dliche Sch?den an biologischem Gewebe verursachen. Daher kann mit dem Femtosekundenlaser eine schmerzfreie und nicht-invasive sichere Behandlung erreicht werden.

Durchbruch in der Femtosekunden-Laserbohrtechnologie

Obwohl die Femtosekunden-Laserbohrtechnologie eine solche magische Kraft hat, ist ihre Entwicklung auch sehr schwierig, insbesondere bei den Bemühungen der Systemintegration und des Technologie-Engineerings, gibt es verschiedene Schwierigkeiten, und die Ausgangsleistung ist ebenfalls begrenzt. Darüber hinaus ist es auch ein weltweites Problem, wie man einen vollst?ndigen Satz mikropor?ser Verarbeitungsindustrie bildet. Durch die Bemühungen chinesischer Wissenschaftler haben wir jedoch nicht nur die Praktikabilit?t und Integration des Systems erkannt, sondern auch die Schraubenverarbeitungstechnologie erfunden, die privat mit verschiedenen Formen von Mikroporen angepasst werden kann, was als führend bezeichnet werden kann Stellung in der Welt.

Heutzutage werden mit der schrittweisen Anhebung der Abgasnormen in der Automobilindustrie im In- und Ausland die Herausforderungen für Injektorhersteller und ihre OEMs immer gr??er. Die traditionellen runden L?cher k?nnen die Bedürfnisse der Kunden nicht erfüllen. Hersteller suchen und entwickeln st?ndig spezielle und neuartige Düsenformen, um den Anforderungen gerecht zu werden. Die Flexibilit?t und Vorteile der Femtosekunden-Laserbearbeitung werden immer offensichtlicher.

Spezielle und neuartige Spritzlochformen