說到鉆孔技術(shù)，上次小編給大家介紹了一下超微鉆頭直徑0.01，長100，這個超微鉆頭為什么這么牛？！不過科學技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，超微鉆頭已經(jīng)不算什么了？
飛秒激光鉆孔技術(shù)，那才更牛，可以加工30微米以下的高精度小孔！
好吧！金屬加工小編今天就給金粉們分享一下這個技術(shù)吧！
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飛秒激光鉆孔簡介
所謂飛秒激光鉆孔，即使用頻率非常高的激光對材料進行鉆孔，飛秒是時間單位，1飛秒等于一千萬億分之一秒，相對于傳統(tǒng)激光加工設備，飛秒激光由于脈沖時間極短，被加工物體不會被加熱，特別適合加工30微米以下的高精度小孔。
對于飛秒激光而言，脈沖作用時間已經(jīng)實際小于1 ps，電子沒有足夠的時間將能量傳遞給晶格。從而在材料表面生成眾多等離子體，能量伴隨著材料的去除而消散，因此出現(xiàn)強烈的燒蝕效果。
用飛秒激光進行加工，激光脈沖能量極快地注入很小的作用區(qū)域，瞬間高能量密度沉積使電子吸收和運動方式發(fā)生變化，從根本上改變了激光與物質(zhì)相互作用機制。
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飛秒激光的作用原理
飛秒激光作用于金屬和非金屬加工時原理完全不同，金屬表面存在大量的自由電子，當激光照射金屬表面時，自由電子會瞬間被加熱，數(shù)十飛秒內(nèi)讓電子電子發(fā)生碰撞，自由電子將能量傳道給晶格，形成開孔。但由于自由電子碰撞的能量要比離子小的多，所以傳導能量需要較長時間，但目前該難題已被我國科學家攻克。
在飛秒激光作用于非金屬材料時，由于材料表面自由電子較少，激光照射時先要使得材料表面電離，進而產(chǎn)生自由電子，剩下的環(huán)節(jié)與金屬材料一致。飛秒激光加工微孔時，在初級階段先形成一個小坑，隨著脈沖數(shù)量的增多，坑深度不斷增加，但隨著深度的增加，坑底的碎屑飛出的難度也越來越大，導致激光向底部傳播的能量越來越少，最終達到深度不可增加的飽和狀態(tài)，即打完一個微孔。
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飛秒激光新技術(shù)應用
飛秒激光新技術(shù)應用剛剛興起，主要應用行業(yè)包括： 半導體產(chǎn)業(yè)、太陽能產(chǎn)業(yè)(特別是薄膜技術(shù))、平面顯示產(chǎn)業(yè)、合金微鑄造、精確孔徑和電極結(jié)構(gòu)加工、航空難材料加工、醫(yī)療設備等領(lǐng)域！
在中國制造2025的大戰(zhàn)略背景下，傳統(tǒng)工業(yè)制造業(yè)面臨深度轉(zhuǎn)型，其中一個方向就是效率提升的同時轉(zhuǎn)向附加值更高、技術(shù)壁壘更高的高端精密加工。而激光加工完全符合于這一主旨，激光器及激光加工設備已經(jīng)在消費電子觸摸屏模組生產(chǎn)、半導體晶圓劃片等高端3C制造領(lǐng)域嶄露頭角，并在藍寶石加工、曲面玻璃和陶瓷生產(chǎn)等領(lǐng)域展現(xiàn)出全新的應用前景。
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3C產(chǎn)業(yè)
飛秒激光作為超短脈沖激光的典型代表，具有超短脈寬、超高峰值功率的特點，其加工對象廣泛，尤其適合加工藍寶石、玻璃、陶瓷等脆性材料和熱敏性材料，因此適合于電子產(chǎn)業(yè)微細加工行業(yè)應用。
主要原因是從去年開始的指紋識別模組在手機上的應用帶動了專用設備飛秒激光的采購。指紋模組涉及到激光加工的環(huán)節(jié)有：①晶圓劃片、②芯片切割、③蓋板切割、④FPC軟板外形切割鉆孔、⑤激光打標等。其中主要是藍寶石/玻璃蓋板和IC芯片的加工。蘋果6從2015年開始正式使用指紋識別同時帶動了一批國產(chǎn)品牌的普及，目前指紋識別滲透率不足50%，因此用于加工指紋識別模組的激光機仍有較大發(fā)展空間。
同時，激光機還可以應用于PCB鉆孔、晶圓劃片切割等，應用領(lǐng)域在不斷拓寬。尤其是隨著未來手機中藍寶石和陶瓷等高附加值脆性材料的應用，激光加工設備將成為3C自動化設備中重要的組成部分。我們認為在3C自動化加工設備領(lǐng)域，飛秒激光未來或?qū)缪輳V泛而深刻的角色。
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航空發(fā)動機
長久以來，我國發(fā)動機制造技術(shù)始終是制約航空航天事業(yè)發(fā)展的瓶頸，產(chǎn)品的質(zhì)量不過關(guān)來自兩方面：一是材料技術(shù)；二是材料加工技術(shù)。飛秒激光鉆孔恰恰解決了這個難題！
在航空航天領(lǐng)域，燃氣渦輪是發(fā)動機的三大關(guān)鍵部件之首，其性能直接決定了發(fā)動機的好壞。然而航空發(fā)動機的渦輪葉片工作溫度至少為1400攝氏度，因此必須對高溫部件，尤其是葉片必須使用精確的冷卻技術(shù)。
葉片冷卻一般通過大量不同直徑的氣膜孔來實現(xiàn)，孔徑約為100~700微米，且空間分布復雜，多為斜孔，角度為15°到90°不等，為了提高冷卻效率，開孔形狀往往成扇形或者矩形，這給加工帶來極大的難度。目前主流的方法是高速電火花，但工具電極制造極為困難，加工好的部件易磨損，加工速度慢，排除孔內(nèi)的加工屑比較困難，不易散熱，根本不適合大批量生產(chǎn)。
此外，現(xiàn)代發(fā)動機葉片表面通常要覆蓋一層熱障涂層、一般是陶瓷材料，采用傳統(tǒng)電火花無法加工，是未來先進發(fā)動機制造的關(guān)鍵技術(shù)。隨著未來發(fā)動機葉片材料逐漸走向非金屬化，電火花加工更不靠譜，而飛秒激光加工具有材料適應廣、定位精度高、無機械變形、無直接接觸等各種優(yōu)點，非常適合加工微型孔。
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核聚變
飛秒激光鉆孔技術(shù)還可被運用于核聚變上，核聚變中的點火靶球具有充氣微孔，只有微孔的數(shù)量多、精度高才能保證聚變反應的控制精度，而飛秒激光加工技術(shù)恰好能滿足這一要求。近年來飛秒激光鉆孔技術(shù)還被運用到透明材料內(nèi)部的三維微孔加工中，這種制造技術(shù)將有利于制造飛機、坦克、艦艇上使用的光電傳感器設備。加工方法一般是通過液體輔助，在透明材料表面直接燒蝕成孔，讓液體將碎屑清除，這樣的方法可以達到更高的鉆孔深度。
04
醫(yī)療
目前用于眼科屈光治療的全飛秒激光應該是飛秒技術(shù)在醫(yī)療中應用的最成熟的設備之一。還有擴張器、內(nèi)窺鏡和導管等的加工等等。
還有在醫(yī)學治療方面，與長脈沖激光相比，飛秒激光能量高度集中，作用期間幾乎沒有熱量傳輸效應，因此也不會引起周圍環(huán)境溫度的上升，這在激光手術(shù)醫(yī)療應用方面非常重要。數(shù)度的溫度上升一方面會在瞬間變成壓力波傳到神經(jīng)細胞產(chǎn)生痛感，另一方面可能會對生物體組織造成致命傷害。因此，飛秒激光可以實現(xiàn)無痛和無損傷的安全治療。
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突破飛秒激光鉆孔技術(shù)
雖然飛秒激光鉆孔技術(shù)擁有如此神奇的魔力，但其開發(fā)難度也是非常大的，特別是進行系統(tǒng)集成化、技術(shù)工程化的努力遭遇了各種困難，輸出功率也有限制。此外，如何能形成一套完整的微孔加工工業(yè)也是世界性難題，但通過我國科學家的努力，不但實現(xiàn)了該系統(tǒng)的實用化和集成化，還發(fā)明出了螺旋加工工藝，可以私人訂制不同形狀的微孔，可以說是達到了國際領(lǐng)先的地步。
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方向在前方，路在腳下，我們的祖國就是這一代代腳踏實地的科研人一步步的的努力由弱到強，從與美國相比望塵莫及到望其項背，再到齊頭并進，他們是最值得尊敬的人！
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