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12.000 agujeros por segundos con 1 diámetro del µm

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Una nueva generación de tecnología de proceso ultrarrápida está en el mercado. Un poder más alto del laser de la media y la mayor energía de pulso prometen una producción y una eficacia más altas. Al procesar microfilters, por ejemplo, esto hace posible a los tamaños del agujero de taladro abajo abajo a un micrómetro mucho más rápidamente. Al escalar los procesos, hay algunos mecanismos no triviales de la interacción a afirmar con, que eran uno de los temas del “5to UKP-taller: Tecnología láser ultrarrápida “en Aquisgrán.

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Los lasers ultrarrápidos con duraciones del pulso en el picosegundo y la gama del femtosegundo han experimentado un auge importante durante los últimos años. Varias innovaciones en los procesos ultrarrápidos del laser del permiso de la tecnología de proceso que se utilizarán en campos industriales tales como productos electrónicos de consumo. Los lasers ultrarrápidos de Multi-100-W están disponibles ahora, que permiten el escalamiento significativo de muchos procesos.

El desafío actual es desarrollar la nueva dirección del haz y conceptos de proceso para distribuir las salidas medias grandes sobre la superficie del objeto. Es la tecnología de proceso que plantea actualmente la limitación principal: Los sistemas del laser con altas tarifas de la repetición requieren los escáneres con aceleran a 1.000 sistemas de m/s, y del laser con alta energía de pulso para requerir nuevo partir de haz y formar conceptos para distribuir la energía. “Está todo sobre cómo aplicamos el poder,” dijo al Dr. Arnold Gillner, organizador del “UKP-taller: Tecnología láser ultrarrápida” en Aquisgrán, describiendo el problema el año pasado.

Concepto de haces múltiples: Realización de la mayor producción con el escáner y la óptica difrangente

Una opción para hacer un mejor uso de la energía de pulso es el concepto de haces múltiples, que implica el partir de un de rayo láser en muchos beamlets. En el instituto de Fraunhofer para la tecnología láser ILT, un equipo ha estado trabajando en esta tecnología desde 2012. Desde entonces, los expertos han aprendido cómo utilizar elementos ópticos difrangentes (hacer) para el uso apuntado de más de 200 beamlets en micro y la nano-estructuración. Esto permite que obtengan resultados exactos en la gama del sub-micrómetro.

Para la GAMA, utilizan una superficie de cristal estructurada en la cual las ondas ligeras estén dobladas. La estructura superficial se graba al agua fuerte en el vidrio con la precisión extrema usando una técnica química mojada. Como consecuencia, la distribución estática del haz de la GAMA es mucho más exacta y resistente que el haz dinámico que forma el acercamiento basado en moduladores cristalinos líquidos.

Para el tratamiento de materiales eficiente, el de rayo láser es transformada por una GAMA en una matriz del haz con muchos beamlets paralelos. Usando una óptica del sistema y de la f-theta del escáner, los beamlets paralelos después se centran en el objeto y se pueden mover simultáneamente sobre el objeto a lo largo de todas las trayectorias posibles.

Perforación de 12.000 agujeros de la precisión por segundos

La técnica de haces múltiples prueba su valor cuando los agujeros de perforación en películas del metal con gruesos del µm 10 a 50. Los métodos convencionales tales como aguafuerte requieren el trabajo preparatorio y la reanudación, que son no más necesarios con la perforación del laser. La técnica de haces múltiples trabaja para las estructuras periódicas y requiere superficies lisas, planas.

En la micro-perforación, el equipo de Fraunhofer ILT ha alcanzado la precisión extraordinario alta. Con su nuevo sistema de haces múltiples, los expertos en Aquisgrán pueden crear los agujeros de la precisión con los diámetros de menos de un micrómetro. El espaciamiento entre los agujeros se puede reducir a algunos micrómetros. Para aumentar la producción, trabajan con una GAMA que genere sobre 200 beamlets. De esta manera, han manejado ya producir sobre 12.000 agujeros por segundos con un diámetro del mercado de debajo 1 µm.

La meta actual de los investigadores es aumento la tarifa del taladro sin perder calidad ua de los. En un futuro próximo, los índices del taladro de 20.000 agujeros por segundos son previsibles.

¿Dónde está la captura?

Además de la pregunta en cuanto a la tecnología de proceso correcta, otro problema alzó su cabeza durante los últimos años: La ablación “fría” de lasers ultrarrápidos, por el que apenas cualquier calor se genere en el material para los procesos del solo-haz, es mucho más difícil ejecutar con procesos enorme paralelizados. A las altas tarifas de la repetición, las altas energías de pulso y las distancias cortas entre los agujeros, llega a ser necesario emplear a la gestión termal modificada para requisitos particulares para optimizar la estrategia de proceso, como zonas de otra manera proceso-relacionadas de la forma termal del daño. Los científicos en Aquisgrán han estado abordando este problema con éxito desde 2012 y han definido a la gestión termal para el proceso de haces múltiples como área dominante del foco para su investigación.

Los diversos equipos por todo el mundo han investigado el problema mediante experimentos y simulaciones y han desarrollado diversos acercamientos a solucionarlo. Los investigadores de Fraunhofer ILT en Aquisgrán han optimizado los procesos para la perforación de orificio único y también para el proceso de haces múltiples. En estos procesos, el poder del laser depositado no debe exceder a un dependiente del valor máximo en el material y la geometría de la blanco.

El resultado es una tecnología patentada que es ya capaz de la perforación sobre 12.000 agujeros por segundos con los diámetros de algunos micrómetros y hasta el final abajo en la gama del sub-micrómetro. Así, los filtros superficiales metálicos con los cuales ciertas partículas se pueden separar selectivamente de uno a se pueden producir económicamente, por ejemplo los filtros de agua para los gérmenes multi-resistentes o para el microplastics así como muchos otros usos en biotecnología. El uso de microfilters es también interesante para la industria alimentaria, por ejemplo en el campo de la filtración estéril, es decir cuando toda clase de microorganismos tienen que ser conservados. Otros usos posibles incluyen la filtración del polvo fino en clases del P.M. de 10 a 1 o la separación mecánica de glóbulos blancos y rojos en tecnología médica, para nombrar apenas algunos usos para los microfilters.