Nowa generacja technologii bezpo?redniego wtrysku do cylindra jest g?ówn? technologi? w dziedzinie silników samochodowych. Dok?adnie wtryskuje paliwo do cylindra przez wtryskiwacz paliwa i ca?kowicie miesza si? z powietrzem wlotowym, aby zapewni? pe?ne dzia?anie ka?dej kropli paliwa.

Jak wida? na poni?szym rysunku, na wtryskiwaczu rozmieszczone s? mikro pory, których ?rednica jest mniejsza ni? 150 mikronów. ?rednica otworu, chropowato?? powierzchni, po?o?enie, kszta?t itp. maj? bezpo?redni wp?yw na wydajno?? wtryskiwacza, dlatego istniej? surowe wymagania dotycz?ce przetwarzania. Jednocze?nie, aby osi?gn?? op?acalno??, czas obróbki ka?dego mikrootworu musi by? kontrolowany w ci?gu kilku sekund.

Problem polega wi?c na tym, ?e wymagania dotycz?ce obróbki mikrootworów wtryskiwaczy znacznie przekraczaj? mo?liwo?ci tradycyjnej technologii wiercenia mechanicznego. Jaki proces jest u?ywany do dok?adnej obróbki tych mikrootworów?

Tradycyjna metoda obróbki a innowacyjna technologia obróbki mikrootworów

Obecnie powszechne metody obróbki mikrootworów wtryskiwacza obejmuj? g?ównie wiercenie mechaniczne, EDM i obróbk? laserem femtosekundowym.

Koszt wiercenia mechanicznego jest najwy?szy. Poniewa? narz?dzie do wiercenia ma?ych otworów jest drogie, ?atwo zu?ywa si? w procesie obróbki, a narz?dzie ma ryzyko p?kni?cia, co bezpo?rednio wp?ywa na spójno?? obróbki mikrootworu i uzysk produktu, a koszt materia?ów eksploatacyjnych jest wysoki.

Chocia? EDM jest nieco bardziej elastyczny ni? wiercenie mechaniczne, jego wydajno?? obróbki jest niska, a chropowato?? powierzchni nie jest idealna. W szczególno?ci na obrabianej powierzchni pojawi si? warstwa przetopu. Jednocze?nie musimy równie? wzi?? pod uwag? koszt elektrody i stabilno?? procesu.

Jednak laser femtosekundowy nie mo?e wytwarza? ciep?a w procesie obróbki, a mikrootwór obrabiany laserem femtosekundowym nie ma warstwy przetapiania i zadziorów, co mo?e uzyska? wyra?niejsze ostre kraw?dzie i lepsz? jako?? powierzchni, co przed?u?a ?ywotno?? dyszy.

Na przyk?adzie otworu o ?rednicy 150 μm i g??boko?ci 0,5 mm porównuje si? wyniki obróbki EDM i lasera femtosekundowego

Lewa strona rysunku pokazuje mikro otwór obrabiany przez EDM, a prawa strona pokazuje mikro otwór obrabiany laserem femtosekundowym

Warto wspomnie?, ?e obróbka laserowa nie jest nam obca. Jaka jest wi?c ró?nica mi?dzy laserem femtosekundowym a laserem nanosekundowym i laserem pikosekundowym, który cz?sto s?yszymy?

Najpierw wyja?nijmy konwersj? jednostek czasu

1ms =0,001s=10^-3s 

1μs=0.000001s=10^-6s?

1ns=0.0000000001s=10^-9s

1ps =0.00000000000001s=10^-12s

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

Je?li zrozumiemy jednostk? czasu, b?dziemy wiedzie?, ?e laser femtosekundowy jest obróbk? laserow? o niezwykle krótkim impulsie, wi?c tylko on mo?e naprawd? by? kompetentny w obróbce o wysokiej precyzji.

Istnieje nanosekundowy otwór do wiercenia laserem, pikosekundowy otwór do wiercenia laserem i otwory do wiercenia laserem femtosekundowym

Mechanizm dzia?ania lasera femtosekundowego

Kiedy laser femtosekundowy dzia?a na obróbk? metalu i niemetalu, zasada jest zupe?nie inna. Na powierzchni metalu znajduje si? du?a liczba wolnych elektronów. Kiedy laser napromieniuje metalow? powierzchni?, wolne elektrony zostan? natychmiast podgrzane, a elektrony zderz? si? w ci?gu kilkudziesi?ciu sekund lotu. Swobodne elektrony b?d? przekazywa? energi? do sieci krystalicznej i tworzy? dziury. Jednak energia zderzeń swobodnych elektronów jest znacznie mniejsza ni? energii jonów, wi?c przewodzenie energii zajmuje du?o czasu. Problem ten jednak rozwi?zali chińscy naukowcy.

Gdy laser femtosekundowy dzia?a na materia?y niemetaliczne, poniewa? na powierzchni materia?ów znajduje si? niewiele wolnych elektronów, powierzchni? materia?ów nale?y zjonizowa? przed napromieniowaniem laserem, a nast?pnie wygenerowa? wolne elektrony. Pozosta?e linki s? zgodne z materia?ami metalowymi. Kiedy laser femtosekundowy jest u?ywany do obróbki mikrootworów, na pocz?tkowym etapie powstaje niewielki wg??bienie. Wraz ze wzrostem liczby impulsów zwi?ksza si? g??boko?? wykopu. Jednak wraz ze wzrostem g??boko?ci coraz trudniej jest wylatywa? gruzowi z dna wykopu. W efekcie energia propagacji lasera do dna jest coraz mniejsza i nie mo?na zwi?kszy? stanu nasycenia g??boko?ci, to znaczy wywierci? mikrootwór.

Zastosowanie nowej technologii lasera femtosekundowego

Pojawia si? zastosowanie nowej technologii lasera femtosekundowego. G?ówne bran?e zastosowań to: przemys? pó?przewodników, przemys? energii s?onecznej (zw?aszcza technologia cienkowarstwowa), przemys? wy?wietlaczy planarnych, mikroodlewanie stopów, precyzyjna obróbka apertury i struktury elektrod, obróbka materia?ów trudnych w lotnictwie, sprz?t medyczny i inne dziedziny!

Na tle made in China 2025 tradycyjny przemys? wytwórczy stoi w obliczu g??bokiej transformacji. Jednym z kierunków jest poprawa wydajno?ci i przej?cie do wysokiej klasy precyzyjnej obróbki z wy?sz? warto?ci? dodan? i wy?szymi barierami technicznymi. Obróbka laserowa jest w pe?ni zgodna z tym tematem. Lasery i sprz?t do obróbki laserowej pojawi?y si? w zaawansowanych dziedzinach produkcji 3C, takich jak produkcja modu?ów ekranów dotykowych elektroniki u?ytkowej, ci?cie p?ytek pó?przewodnikowych itp., i pokazuj? nowe perspektywy zastosowań w obróbce szafiru, zakrzywionej produkcji szk?a i ceramiki.

Przemys? 3C

Jako typowy przedstawiciel lasera ultrakrótkiego impulsu, laser femtosekundowy charakteryzuje si? ultrakrótk? szeroko?ci? impulsu i ultrawysok? moc? szczytow?. Posiada szerok? gam? przedmiotów do obróbki, szczególnie nadaje si? do obróbki kruchych materia?ów i materia?ów wra?liwych na ciep?o, takich jak szafir, szk?o, ceramika itp., dzi?ki czemu nadaje si? do mikroprzetwarzania w przemy?le elektronicznym.

G?ównym powodem jest to, ?e zastosowanie modu?u identyfikacji odcisków palców w telefonach komórkowych od zesz?ego roku doprowadzi?o do zakupu lasera femtosekundowego. Modu? linii papilarnych obejmuje obróbk? laserow?: ① ci?cie wafelków, ② ci?cie wiórów, ③ ci?cie ok?adek, ④ ci?cie i wiercenie konturów mi?kkich p?yt FPC, ⑤ znakowanie laserowe, itp. W?ród nich g?ównie przetwarzane s? p?yty szafirowe / szklane oraz uk?ad scalony. Apple 6 oficjalnie u?ywa identyfikacji odcisków palców od 2015 roku i promuje popularno?? wielu rodzimych marek. Obecnie wska?nik penetracji identyfikacji odcisków palców jest mniejszy ni? 50%. Dlatego wci?? istnieje du?a przestrzeń rozwojowa dla maszyny laserowej wykorzystywanej do przetwarzania modu?u identyfikacji odcisków palców.

Jednocze?nie maszyna laserowa mo?e by? równie? wykorzystywana do wiercenia PCB, ci?cia wafelków itp., a obszar zastosowań stale si? rozszerza. Szczególnie przy zastosowaniu w przysz?o?ci w telefonach komórkowych kruchych materia?ów o wysokiej warto?ci dodanej, takich jak szafir i ceramika, sprz?t do obróbki laserowej stanie si? wa?n? cz??ci? sprz?tu do automatyzacji 3C. Wierzymy, ?e laser femtosekundowy odegra w przysz?o?ci szerok? i g??bok? rol? w dziedzinie urz?dzeń do automatycznego przetwarzania 3C.

silnik samolotu

Przez d?ugi czas chińska technologia produkcji silników zawsze by?a w?skim gard?em hamuj?cym rozwój przemys?u lotniczego. Jako?? produktów nie odpowiada standardom z dwóch aspektów: jednym jest technologia materia?owa; drugi to technologia obróbki materia?ów. Wiercenie laserem femtosekundowym rozwi?zuje ten problem!

W bran?y lotniczej turbina gazowa jest pierwszym z trzech kluczowych elementów silnika, a jej osi?gi bezpo?rednio decyduj? o jako?ci silnika. Jednak temperatura pracy ?opatek turbiny silnika lotniczego wynosi co najmniej 1400℃, dlatego konieczne jest zastosowanie dok?adnej technologii ch?odzenia cz??ci wysokotemperaturowych, zw?aszcza ?opatek.

Ch?odzenie ?opatki jest zwykle osi?gane dzi?ki du?ej liczbie otworów w folii o ró?nych ?rednicach. ?rednica otworu wynosi oko?o 100 ~ 700 μm, a rozk?ad przestrzenny jest z?o?ony. Wi?kszo?? z nich to otwory pochy?e o k?tach od 15° do 90°. W celu poprawienia wydajno?ci ch?odzenia, otwory cz?sto maj? kszta?t wachlarzowy lub prostok?tny, co bardzo utrudnia obróbk?. Obecnie g?ówn? metod? jest EDM o du?ej pr?dko?ci, ale wytwarzanie elektrody narz?dziowej jest niezwykle trudne, obrabiane cz??ci s? ?atwe do zu?ycia, pr?dko?? przetwarzania jest niska, trudno jest usun?? wióry z obróbki w otworze, nie jest ?atwo odprowadza ciep?o, dlatego nie nadaje si? do masowej produkcji.

Ponadto, powierzchnia ?opatek nowoczesnych silników jest zwykle pokryta warstw? pow?oki termoizolacyjnej, która jest zwykle materia?em ceramicznym, który nie mo?e by? obrabiany tradycyjn? EDM, która jest kluczow? technologi? zaawansowanej produkcji silników w przysz?o?ci. Wraz z rozwojem niemetalizacji materia?ów ?opatek silnika, EDM jest bardziej zawodny. Obróbka laserem femtosekundowym ma wiele zalet, takich jak szerokie mo?liwo?ci adaptacji, wysoka dok?adno?? pozycjonowania, brak odkszta?ceń mechanicznych, brak bezpo?redniego kontaktu i tak dalej. Bardzo dobrze nadaje si? do obróbki mikrootworów.

opieka medyczna

Obecnie wszystkie lasery femtosekundowe stosowane w okulistycznym leczeniu refrakcyjnym powinny by? jednymi z najbardziej dojrza?ych urz?dzeń w medycznym zastosowaniu technologii femtosekundowej. Istnieje równie? przetwarzanie ekspandera, endoskopu i cewnika i tak dalej.

W leczeniu medycznym, w porównaniu z laserem o d?ugim impulsie, energia lasera femtosekundowego jest silnie skoncentrowana, prawie nie ma efektu wymiany ciep?a podczas dzia?ania, wi?c nie spowoduje wzrostu temperatury otaczaj?cego ?rodowiska, co jest bardzo wa?ne w zastosowaniach medycznych operacja laserowa. Z jednej strony wzrost temperatury o kilka stopni w jednej chwili stanie si? fal? ci?nienia i przeniesie si? do komórek nerwowych, wywo?uj?c ból. Z drugiej strony mo?e spowodowa? ?miertelne uszkodzenie tkanek biologicznych. Dzi?ki temu laser femtosekundowy mo?e zapewni? bezbolesne i nieinwazyjne, bezpieczne leczenie.

Prze?om w technologii femtosekundowego wiercenia laserowego

Chocia? technologia femtosekundowego wiercenia laserowego ma tak? magiczn? moc, jej rozwój jest równie? bardzo trudny, szczególnie w wysi?kach integracji systemów i in?ynierii technologicznej, wyst?puj? ró?ne trudno?ci, a moc wyj?ciowa jest równie? ograniczona. Ponadto, jak stworzy? kompletny zestaw mikroporowatego przemys?u przetwórczego, jest równie? problemem ogólno?wiatowym. Jednak dzi?ki wysi?kom chińskich naukowców nie tylko zdali?my sobie spraw? z praktyczno?ci i integracji systemu, ale tak?e wynale?li?my technologi? obróbki ?rub, któr? mo?na prywatnie dostosowa? za pomoc? ró?nych kszta?tów mikroporów, o których mo?na powiedzie?, ?e s? w czo?ówce pozycja na ?wiecie.

W dzisiejszych czasach, wraz ze stopniowym podnoszeniem standardów emisji w przemy?le motoryzacyjnym w kraju i za granic?, wyzwania dla producentów wtryskiwaczy i ich OEM staj? si? coraz powa?niejsze. Tradycyjne okr?g?e otwory nie mog? zaspokoi? potrzeb klientów. Producenci nieustannie poszukuj? i opracowuj? specjalne i nowatorskie kszta?ty dysz, aby sprosta? wymaganiom. Elastyczno?? i zalety obróbki laserem femtosekundowym staj? si? coraz bardziej oczywiste.

Specjalne i nowatorskie kszta?ty otworów natryskowych