Bei der nanoskaligen Schaltungsgravierung von Halbleiterchips, bei der Mikron-Luftfilm-Löcherbearbeitung von Luft- und Raumfahrtmotorblättern und bei der ultrapräzisen Oberflächenbehandlung von Bioimplantaten wird die ultraschnelle Laserpräzisionsbearbeitungstechnologie mit dem einzigartigen Vorteil der "Kaltbearbeitung, keine Wärmeeinwirkung und Nano-Genauigkeit" zum Kernwerkzeug, um die Grenzen der herkömmlichen Fertigung zu durchbrechen. Diese Querschnittstechnologie, die die Physik mit ultrakurzen Impulsen, die Photonik und die Materialwissenschaft vereint, hat nicht nur den chemischen Sprung in der Fertigung vorangetrieben, sondern auch neue Strecken in den Spitzenbereichen Quantenchips, Photonenrechnung und Bionik eröffnet.

1. Der Kern der Technologie: Von den Phytosekundenpulsen zur Revolution der „Kaltbearbeitung“

Der Kern des ultraschnellen Lasers liegt in seiner extrem kurzen Impulsbreite - der Impulsdauer von 10-15 Sekunden, so dass die Zeit, in der die Laserenergie im Inneren des Materials freigesetzt wird, viel kürzer ist als die Wärmediffusionszeit, wodurch der physikalische Durchbruch der "Kaltbearbeitung" erreicht wird. Nehmen wir zum Beispiel den Titan-Sapphire-Fetosekundenlaser, der einen ersten Impuls mittels der Sperrformtechnik erzeugt und anschließend die Einzelpulsenergie mittels der Chipperpulsverstärkung (CPA) von Nagul auf Millijoule Ohrgewicht erhöht, was schließlich eine Spitzenleistungsdichte von 1019 W/cm² im Fokus bildet. Diese Art der Energiefreisetzung ermöglicht es, das Material in einem Augenblick zu vergasen, um Probleme wie die thermische Schmelze und die thermische Spannung in der herkömmlichen Laserbearbeitung zu vermeiden, die Bearbeitungskanten sind glatt und ohne Spuren, die Wärmeeinwirkungszone (HAZ) ist kleiner als 1 Mikrometer und kann sogar eine "beschädigungsfreie Bearbeitung" erreichen.

Zum Beispiel in der Titanlegierung Mikroporenbearbeitung, herkömmliche mechanische Bohrungen aufgrund von Werkzeugverschleiß und thermische Verformung, ist es schwierig, die Genauigkeit von Φ0,5mm ± 0,003mm zu gewährleisten, während der Durchmesserfehler der ultraschnellen Laserbearbeitung nur ± 0,001mm ist, der Rundheitsfehler ist kleiner als 0,5μm, und die Oberflächenrauheit Ra≤0,1μm, die strenge Nachfrage nach hochfesten, leichten Bauteilen im Bereich der Luft- und Raumfahrt.

Anwendungsszenarien: Volldimensionale Abdeckung von Mikro bis Makro

Mikroelektronik- und Photonenchipherstellung

Bei der Herstellung von Chips mit Prozessen unter 5 nm wird die ultraschnelle Laser-Direktschreibungstechnologie zu einem entscheidenden Werkzeug für die Photogravierbelichtung und die Quantenpunktablagerung.

Luft- und Raumfahrt- und Energiegeräte

In der Luftfahrtmotorblattbearbeitung kann der ultraschnelle Laser das Luftfilm-Kühlloch mit einem Durchmesser von 0,3 mm und einem Tiefenverhältnis von bis zu 10:1 genau bohren, dessen Bearbeitungseffizienz ist fünfmal höher als die elektrische Funkenbearbeitung und die Lochwand hat keine Wiedergussschicht, was die thermische Effizienz des Motors erheblich verbessert. Im Bereich der neuen Energien wird die ultraschnelle Laserschneidtechnologie weit verbreitet in der Elektrodenmusterung von Perovskit-Solarzellen verwendet, deren Breite der Bearbeitungslinie innerhalb von 2 μm gesteuert werden kann, wodurch die Batterieumwandlungseffizienz um 1,2% erhöht wird. Darüber hinaus ist die Schmelztiefenkonsistenz des ultraschnellen Laserschweißens beim Lithiumbatterieschweißen besser als bei herkömmlichen Faserlasern und die Schweißfestigkeit um 30% erhöht, um die Reichweite von 1.000 km für neue Energiefahrzeuge zu erreichen.

Biomedizinische und Präzisionsgeräte

Bei der Herstellung von Medizingeräten ist die „kalte Bearbeitung“ von Ultraschnelllasern besonders wichtig. Beispielsweise bei der Modifikation der künstlichen Gelenkoberfläche kann die durch den Fiftosekundlaser induzierte Nanostruktur die Hydrophilität der Oberfläche der Titanlegierung um 80% erhöhen, die Knochenzellhaftung fördern und den postoperativen Rehabilitationszyklus verkürzen. In der Augenchirurgie hat das Laserschneiden der Hornhaut in vollen Femtosekunden das herkömmliche mechanische Messer ersetzt, dessen Schnittgenauigkeit ± 5 μm beträgt und die postoperative visuelle Qualität deutlich besser ist als die LASIK-Operation. Auf mikroskopischer Ebene werden Ultraschnelle Laser verwendet, um Nanokanale in Microfluidics-Chips herzustellen, deren Kanalbreite auf 50 nm genau gesteuert werden kann, was eine Plattform mit hohem Durchsatz für Einzelzellanalyse und Medikamentescreening bietet.

Von Nanochips bis hin zu schweren Raumfahrzeugen, von Bioimplantaten bis hin zu Quantenbrechnen, die ultraschnelle Laserpräzisionsverarbeitung bildet das Bild der Zukunft der modernen Industrie mit dem Licht. Diese Technologie hat nicht nur die Grenzen der Präzision der Fertigung neu gestaltet, sondern hat auch eine neue Dimension der menschlichen Handhabung von Substanzen in der Mikrowelt eröffnet und ist eine Schlüsselkraft für die vierte industrielle Revolution.