धडा 13.6मायक्रो आणि नॅनोप्रकरण 13 · मायक्रो- आणि नॅनोफॅब्रिकेशन

फेम्टोसेकंद लेझर मशीनिंग

अतिलहान लेझर स्पंदांनी, वितळवल्याशिवाय, साहित्य काढते

फेम्टोसेकंद लेझर मशीनिंग एका सेकंदाच्या लाखो कोटींश भागापेक्षा कमी काळ टिकणाऱ्या लेझर झगमगाटांनी साहित्य कापते, छिद्र पाडते आणि त्यावर पोत तयार करते. प्रत्येक झगमगाट उष्णता पसरण्याआधीच पातळ थर वाफ करतो, त्यामुळे कडा वितळलेल्या न येता स्वच्छ येतात. हृदयाचे स्टेंट, फोनचे कव्हर ग्लास आणि इंधन इंजेक्टर बनवणारे, जिथे थोडेसे उष्णतेचे नुकसानही चालत नाही तिथे हे वापरतात.

फोटो: paul_houle, CC BY-SA 2.0, स्रोत: Wikimedia Commons

फेम्टोसेकंद लेझर मशीनिंग · मशीन आणि त्या जागेचा झूमवर्तुळातले क्रमांक खालील पायऱ्यांशी जुळतात; दोन चौकटीतील पॅनेल प्रकाश आणि साहित्य जिथे भेटतात त्या जागेवर झूम करतात.

हे कसे चालते

अतिलहान स्पंद तयार करा. ऑसिलेटर (लेझरचा स्पंद तयार करणारा गाभा) कमकुवत स्पंदांची सलग मालिका सोडतो. प्रत्येक स्पंद दहा ते शेकडो फेम्टोसेकंद टिकतो (एक फेम्टोसेकंद म्हणजे सेकंदाचा एक अब्जांश भागाचा दशलक्षांश).
त्यांना वाढवा. अॅम्प्लिफायर प्रत्येक स्पंद ताणतो, त्याची ऊर्जा वाढवतो आणि मग पुन्हा लहान करतो. या युक्तीला, चर्प्ड पल्स अॅम्प्लिफिकेशन, 2018 चा भौतिकशास्त्राचा नोबेल पुरस्कार मिळाला.
लक्ष्य साधा आणि फोकस करा. स्कॅनर (दोन वेगाने फिरणारे आरसे) किरण वळवतो. लेन्स त्याला काही मायक्रॉन रुंदीच्या ठिपक्यावर फोकस करते (मायक्रॉन, किंवा µm, म्हणजे मिलिमीटरचा हजारावा भाग).
कोल्ड अब्लेशन. अणू आपली उष्णता शेजारच्या अणूंना देऊ शकण्याआधीच स्पंद आपली ऊर्जा सोडतो. पातळ थर अब्लेट होतो, म्हणजे वाफ आणि प्लाझ्मा (तप्त, विद्युतभारित वायू) म्हणून उडून जातो, जवळजवळ कोणतेही वितळणे न होता.
मार्ग स्कॅन करा. सेकंदाला शेकडो हजार किंवा अधिक स्पंद ठरवलेल्या मार्गावर थर थर चालतात आणि कापतात, छिद्र पाडतात किंवा पोत करतात. पारदर्शक काचेच्या आत फोकस केल्यास, स्पंद पृष्ठभागाला स्पर्श न करता वाहिन्याही कोरू शकतात.

मुख्य तथ्ये

साहित्य: जवळजवळ काहीही: स्टील, टायटॅनियम, नायटिनॉल (आकार-स्मृती मिश्रधातू), काच, नीलम, सिरॅमिक, पॉलिमर, अगदी डोळ्याची ऊतीसुद्धा
सामान्य भाग: हृदयाचे स्टेंट, इंधन इंजेक्टर आणि सर्किट बोर्डमधील सूक्ष्म छिद्रे, फोनच्या कव्हर ग्लासमधील कटआउट, पोत केलेले पृष्ठभाग
भागाचा आकार: सुमारे 1 µm पासून मिलिमीटरपर्यंतची वैशिष्ट्ये; भाग सहसा लहान किंवा पातळ (नळ्या, पत्रे, फॉइल)
अचूकता: साधारणपणे काही मायक्रॉन; वैशिष्ट्ये सुमारे 1 µm पर्यंत
पृष्ठभागाची फिनिश: स्वच्छ, बर नसलेल्या कडा, जवळजवळ उष्णताबाधित क्षेत्र नाही (उष्णतेने बदललेला साहित्याचा पट्टा)
कोणत्या बॅच आकारासाठी योग्य: प्रोटोटाइपपासून उच्च मूल्याच्या भागांच्या (स्टेंट, फोन ग्लास, बॅटरी फॉइल) मोठ्या मालिकेपर्यंत
टूलिंग आणि मशीनचा खर्च: टूलिंग नाही; लेझर वर्कस्टेशनची किंमत साधारणपणे काही शेकडो हजार डॉलर
वेग: सेकंदाला शेकडो हजार स्पंद, तरीही मोठ्या प्रमाणात साहित्य काढणे मंद: साधारणपणे प्रति मिनिट घन मिलिमीटर

ताकद आणि मर्यादा

बलस्थाने

जवळजवळ उष्णतेचे नुकसान नाही: बर नाही, वितळलेल्या कडा नाहीत, भेगा नाहीत
काच, नीलम, सिरॅमिक आणि उष्णतेला संवेदनशील प्लास्टिकवर चालते
मायक्रॉन पातळीचा तपशील, साधनाशी संपर्क नाही आणि साधन झिजत नाही
काचेच्या पृष्ठभागाला स्पर्श न करता आतला भाग बदलू शकते

मर्यादा

पारंपरिक लेझरच्या तुलनेत साहित्य हळू काढते
लेझर स्रोत महाग आणि गुंतागुंतीचे असतात
स्पंद ऊर्जा, दर आणि ओव्हरलॅप जुळवणे नाजूक काम आहे
लहान भाग आणि पातळ भागांना योग्य; धूर बाहेर काढावा लागतो

कुठे वापरली जाते

वैद्यकीय उपकरणेकोरोनरी स्टेंट, कॅथेटर, मायक्रो-निडल
ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्सफोनचे कव्हर ग्लास, नीलम कॅमेरा कव्हर, डिस्प्ले कटआउट
इलेक्ट्रॉनिक्समायक्रो-व्हायस (सर्किट बोर्डचे थर जोडणारी सूक्ष्म छिद्रे), वेफर डायसिंग
बॅटरीइलेक्ट्रोड फॉइल कापणे आणि त्यांना रचना देणे
डोळ्यांची शस्त्रक्रियाLASIK साठी कॉर्नियल फ्लॅप, मोतीबिंदू शस्त्रक्रियेचे टप्पे
ऑटोमोटिव्ह आणि एरोस्पेसइंधन इंजेक्टरची छिद्रे, कूलिंग छिद्रे, घर्षण कमी करणारे पृष्ठभाग पोत

ओळखायची कशी

सहसा नाही: वैशिष्ट्ये मायक्रॉन रुंदीची असतात आणि स्टेंट, फोन, सर्किट बोर्ड आणि इंजिनमध्ये लपलेली राहतात.
काच किंवा धातूच्या कापलेल्या कडा अगदी स्वच्छ दिसतात, जळकट रंग नाही, बर नाही आणि पुन्हा घट्ट झालेल्या धातूचे मणी नाहीत.
भिंगाखाली, कुरकुरीत गोल सूक्ष्म छिद्रे, अनेकदा थोडी निमुळती (लेझर आत शिरला त्या बाजूला रुंद).
इंद्रधनुषी रंगांनी चमकणारा लेझरने पोत केलेला धातू: स्पंद प्रकाशाचे रंग वेगळे करता येतील इतक्या सूक्ष्म लहरी मागे सोडतात.

यांच्याशी तुलना

लेझर कटिंग6.2सलग किंवा दीर्घ स्पंदांचा किरण साहित्य वितळवतो आणि उडवून लावतो; खूपच वेगवान, पण कडेला उष्णताबाधित भाग राहतो.फोकस्ड आयन बीम13.5निर्वातात आयनांच्या (विद्युतभारित अणू) किरणाने साहित्य काढते; अधिक सूक्ष्म, नॅनोमीटरपर्यंत, पण खूपच मंद.टू-फोटॉन पॉलिमरायझेशन13.8त्याच प्रकारचा लेझर वापरते, पण साहित्य काढण्याऐवजी घडवते, फक्त फोकसच्या जागी रेझिन घट्ट करून.

पाहा

SME Media · अतिलहान स्पंद काय करू शकतात याचा सोपा आढावा

CMS Laser · पातळ धातूच्या नळ्यांमधून स्टेंटसारख्या नक्षी कापणे

Spectra-Physics an MKS Brand · स्वच्छ सूक्ष्म कट आणि छिद्रांचे क्लोज-अप

TRUMPFtube · उत्पादनाच्या वेगाने सर्किट बोर्डवर छिद्रे पाडणे

खरी छायाचित्रे पाहा

विकिपीडिया: Laser ablation — स्पंदित लेझर साहित्य कसे काढतात; फोटो कमी
विकिपीडिया: Ultrashort pulse — फेम्टोसेकंद स्पंद म्हणजे काय आणि ते कसे बनवतात
Wikimedia Commons फोटो शोध

लक्षात ठेवा

उष्णता पसरण्यास लागणाऱ्या वेळेपेक्षा लहान स्पंद साहित्य वितळवल्याशिवाय काढतात.
ते काच आणि ऊतीसह जवळजवळ कोणतेही साहित्य मायक्रॉन तपशीलाने मशीन करते.
किंमत म्हणजे महाग लेझर आणि मंद साहित्य काढणे, म्हणून ते लहान, उच्च मूल्याच्या भागांना योग्य आहे.