word laser beam machining

8/13/2019 Word Laser Beam Machining

1/14

U8

Gambar. 10. Kiri: ukiran dalam material transparan pada 400 GW/cm2

menghasilkan kerusakan optik menyebabkan deformasi mikro terlihat dan laser polishingolehhasil peleburan dengan CW-laser dan finishing dengan laser pulsa pendek. Kanan:kekasaran permukaan alat embossing WC setelah laser yang mikro-strukturisasi ( = 355 nm,fp = 5 kHz, Ep = 0,26 mJ).

mikro - mesin dan presisi tinggi . Penghapusan dicapai kedalaman per pulsa memilikimaksimum pada energi spesifik materi kepadatan dan penurunan untuk nilai yang lebih tinggi. ketebalan dari lapisan merombak dapat dikurangi menjadi < 5 m tergantung pada energi per

pulsa dan panjang pulsa . Produk Precise diproduksi oleh 30-50 % tumpang tindih . di luarkisaran ini meningkat tajam kekasaran . sebagai Misalnya , piramida yang terbuat dari WC

sebagai bagian dari embossing alat memiliki kekasaran permukaan , sebanding dengan EDM(Gambar 10 ) . Ablasi menghilangkan sekitar 1 M per langkah tanpa thermal kerusakan.Adhesi dari puing-puing dihapus sangat lemah , struktur yang dibersihkan dengan mudahdalam penangas ultrasonik .

6.1 . Contoh aplikasi

6.1.1 . membersihkan Laser

Nd : YAG laser juga digunakan dalam pembersihan dan daerah daur ulang . Spur telahmengembangkan suatu proses untuk de - lapisan compact disk , terbuat dari 120mm

1.2mm cakram polikarbonat dilapisi dengan 50 nm aluminium dan 10 M pernis . Industri inimencari solusi untuk ekonomis dan efisien proses daur ulang karena Uni Eropa hukumsampah untuk teknologi informasi . Diperkirakan bahwa dari 10 miliar per tahun disk 3 miliarlembar akan dikumpulkan untuk didaur ulang. Laser digunakan adalah 50W , 8 ns Q Nd :YAG Laser memberikan 2 J pulsa , yang chip aluminium dan pernis , dan tidakmempengaruhi transparan polikarbonat . Tingkat penghapusan pada 50 Hz adalah 22 cm2 / syang menghasilkan waktu de - lapisan dari 5 s dan biaya ( termasukpenanganan dan tenagakerja ) sebesar $ 0,04 per disk. Hal ini sama memesan sebagai biaya produksi disk baru .Aplikasi pembersih lainnya adalah membersihkan permukaan silikon wafer dengan ' laseryang memicu ' yang merupakan gangguan gas disebabkan oleh pulsa laser intens difokuskandi udara di atas permukaan wafer . Hal ini ditunjukkan oleh Lee et al . yang udara plasma

gelombang kejut di atas permukaan berhasil menghilangkan partikel kecil ( ~ 1 ? diameter m) seperti tungsten , tembaga dan emas dari permukaan silikon . contactless ini Teknik


2/14

pembersihan adalah proses yang efisien , cepat dan kerusakan - bebas . Ia memiliki sifat-sifatunggul dibandingkan dengan konvensional membersihkan laser yang menggunakan interaksilangsung antara pulsa laser dan partikel . Dalam pembersihan Laser konvensional keempatharmonik Q-switched Nd : YAG Laser ( 266 nm, 10 ns ) diarahkan pada substrat Si . tungstenkecil partikel dikeluarkan oleh ekspansi termal yang cepat dari partikel yang dihasilkan dari

penyerapan laser. Hal ini membutuhkan fluencies di atas 0,65 J/cm2 untuk mengatasi adhesiyang kuat memaksa untuk partikel yang lebih kecil . Panjang gelombang pendek diperlukankarena absorptivitas yang lebih baik dari W , Cu dan Au untuk panjang gelombang ini .Kefasihan , bagaimanapun , harus dijaga di bawah kelancaran ambang kerusakan Si ( 0,3J/cm2 ) . Hal ini tidak cukup untuk menghilangkan partikel yang efisien dengan carakonvensional . Dalam metode contactless baru sinar yang masuk mencolokdifokuskan 2mm di atas permukaan sekitar 1.011 W/cm2 menyebabkan kerusakan optik dariudara mengakibatkan shock gelombang beberapa ratus megapascal tergantung pada jarak keasal . Ini jauh di atas adhesi kekuatan 1MPa untuk 1 m atau 3MPa untuk partikel tungsten 0,1? m . Setelah ikatan antara partikel dan substrat permukaan rusak , partikel terpisahdipercepat untuk kecepatan tinggi dan terpesona oleh ekspansi berikut gelombang kejut (

Gbr. 11 ) . Dalam aplikasi ini , fundamental 1064 nm panjang gelombang dari 10 ns Q -switched Nd : YAG Laser dapat diterapkan karena tidak ada interaksi langsung dengan

partikel . Daerah dibersihkan per shock sekitar 2 cm2 , yang merupakan salah satu urutan atasteknik konvensional .

Gambar . 11. Mikrograf optik dari permukaan silikon , ( kiri ) sebelum dan ( kanan) setelahterapi kejut laser untuk menghilangkan campuran submikron W , Cu dan Au partikel melekat

di permukaan.


3/14

Gambar. 12.Laser penyesuaian halus dari kepala audio. Pemanasan Laser di L berputarsearah jarum jam kepala di R berlawanan arah jarum jam. Sebuah pulsa di M, bergerak ke

bawah dan di L + R ke atas.

Gambar . 13. Penyesuaian Laser kontak buluh . Jarak antara buluh logam menentukan

kekuatan medan magnet di mana saklar menutup .

6.1.2 . penyetelan

Laser berdenyut berhasil diterapkan untuk menyesuaikan microelectro rakitan mekanik . Halini akan membuka cara baru untuk mengoptimalkan desain aktuator menurut Geiger et al .

Nd : YAG serta laser excimer diterapkan untuk menyesuaikan ( dan membungkuk ) berbagaibahan seperti stainless steel , paduan tembaga atau bahan bingkai memimpin seperti FeNi42 .menjelaskan penyesuaian kepala audio yang terpasang pada bingkai penyesuaian khusus(Gambar 12 ) . Pulsa laser pada diindikasikan posisi menghasilkan akurasi mikrometer

penyesuaian halus . Aplikasi lain adalah penyesuaian kontak buluh . Intensitas pulsa

penyesuaian didasarkan pada diukur medan magnet untuk membuka / menutup kontak(Gambar 13 ) . persyaratan khusus untuk aplikasi ini adalah bahwa laserbeam tersebut harusmelewati kandang kaca hijau dari kontak buluh . Penyesuaian Laser merupakan alternatifyang fleksibel untuk mikro bending oleh percikan api . menemukan yang terakhir lebihmenguntungkan untuk sangat mencerminkan bahan seperti tembaga . Laser Excimer adalahkeluarga laser berdenyut beroperasi ultraviolet dengan debit listrik cepat dalam tekanan tinggicampuran gas mulia ( kripton , argon atau xenon ) dan halogen gas ( fluor atau hidrogenklorida ) . Kombinasi langka gas halogen dan menentukan panjang gelombang output. khasenergi pulsa beberapa ratus millijoules satu joule .


4/14

Tabel 5 .Energi foton yang diperoleh dari sumber laser yang berbeda

Laser Wavelength (nm) Photon energy (eV)XeF 351 3.53

XeCl 308 4.03KrF 248 5.00KrCl 222 5.50ArF 193 6.42F2 157 7.43

Daya rata-rata di kisaran 10W untuk 1kW . itu panjang pulsa khas dalam 10-20 ns berkisarmengakibatkan puncak kekuatan puluhan megawatt . Laser ini menawarkan berbagai energifoton ( Tabel 5 ) . Area aplikasi adalah : ablasi ,litografi , mikro - fabrikasi .

7.1 . ablation

Dua mekanisme ablasi dibedakan : photolytic dan proses pirolitik . Dalam proses photolyticfoton energi langsung diterapkan untuk mengatasi ikatan kimia energi ( makro ) molekul .Dalam kasus polimer mereka dipecah menjadi lebih kecil monomer sering gas . fotonenergi laser KrF cukup untuk sebagian besar kasus ( Tabel 5 dan 6 ) . Ketika semua energilaser digunakan untuk mengatasi kimia mengikat energi , kasus yang ideal , ini dikenalsebagai " cold ablation " . Dalam kasus logam , namun, energi laser pertama diserapoleh elektron , kemudian ditransfer ke panas, yang meleleh dan menguap logam , seperti laserlain lakukan . Gambar . 14 menunjukkan bagaimana dalam proses photolytic molekul diambil, sementara proses pirolitik mencairkan bahan menguap pertama dan dari permukaan meleleh. The removal material polimer organik terdiri dari tiga langkah . Pertama foton UV diserapdi atas lapisan khas ketebalan 0,2 ? m , maka rantai panjang molekul dalam lapisan inidipecah menjadi bagian-bagian dan akhirnya mereka dikeluarkan dari daerah pengolahandalam bentuk uap dan partikel kecil . Foton dengan lebih dari 5,1 eV akan memecah molekuloksigen di jalan . Hal ini ditunjukkan oleh bau ozon karakteristik dari 193 nm ARF

balok melewati udara . Ambang batas fluence untuk berbagai berbagai plastik adalah sekitar120 mJ/cm2 . Pada fluence rendah dinding menjadi meruncing dari sekitar 2 di 500 mJ/cm2

sampai 20 150 mJ/cm2 . Fluens berguna diberikan dalam Tabel 7 . tabel 6

Tabel 6. Chemical bonding energies

Chemical bond Bond energy (eV)SiSi, ClCl 1.83CN, CC 33.5CH, OH 4.54.9C=C 7


5/14


6/14

Kaca , oksida logam 700-1200Logam 4000-8000

cahaya dapat dicitrakan ke ukuran spot lebih kecil dari panjang panjang gelombang . Hal inikarena ukuran fitur minimum adalah dibatasi oleh difraksi , yang tergantung secara linear

dengan panjang gelombang . Keuntungan kedua adalah bahwa karena mekanisme dari "photoablation " ada pengaruh kurang termal atau mencair bahan sekitarnya . Akhirnya ,bahan yang paling menunjukkan penyerapan yang kuat di daerah ultraviolet . Ini berartibahwa kedalaman penetrasi kecil dan masing-masing pulsa menghapus hanya lapisan tipisbahan , yang memungkinkan kontrol yang tepat dari pengeboran mendalam . Dalam printedcircuit board (PCB ) fabrikasi banyak lubang ( via s ) diproduksi untuk membuat sambunganlistrik di multi-layer PCB . Lubang-lubang dibor di Polimida dielektrik lapisan sampailapisan tembaga yang mendasari terbongkar . Pengeboran kemudian berhenti secara otomatiskarena lebih tinggi threshold ( satu urutan besarnya ) tembaga . budidaya tersebut koneksidibuat oleh deposisi kimia berikut tembaga pada melalui dinding . Proses ini telahdikembangkan pada tahun 1990 oleh Bachmann dan digunakan untuk pengeboran kecil

10 ? Lubang m . Untuk lubang yang lebih besar dari 100 ? M dan di ataslebih murah danlebih cepat CO2 - laser saat ini digunakan .

7.5 . Nosel tinta jet

Printer ink jet banyak digunakan karena mereka menawarkan baik berkualitas dengan biayarendah, berdasarkan desain yang sederhana . Ini terdiri dari array lubang kecil dengandiameter tepat didefinisikan dan lancip , masing-masing terletak di atas saluran denganresister pemanas . Gelembung kecil terbentuk ketika tinta dipanaskan mendepakkecil ( 3-80 pl ) tetes keluar dari nozzle. Riccardi et al . menjelaskan pembuatan resolusitinggi bubble ink jet nozel , Gambar . 15 . Tergantung pada desain hingga 300 lubangharus dibor secara bersamaan di daerah 0.5mm 15mm . Hal ini diperoleh dengan 5 demagnification dari mJ pulsa 400

Gambar . 15. Array nozel jet tinta dibor di 50 M Polimida tebal .

untuk 0,6-0,8 J/cm2 kelancaran . Sekitar 300 pulsa diterapkan untuk mendapatkan 55 mlubang dengan 27 lancip . Total waktu pengeboran adalah sekitar 1 s , menggunakan 300 Hz

KrF laser. perkembangan terakhir akan membutuhkan lubang kecil di bawah 25 m diameter .

7.6 . Lainnya


7/14

ada banyak aplikasi lain dari excimer berdenyut pendek laser seperti penandaan kacamata ,peralatan medis , kabel pesawat dan perangkat elektronik , penulisan fiber Bragg kisi-kisiuntuk aplikasi telekomunikasi , aplikasi medis di pembedahan, dll Dua dari mereka akandijelaskan secara lebih rinci , ablasi berlian dan pembersihan laser.

7.7 . Ablasi Laser berlian

Diamond adalah sulit untuk mesin karena transparan dalam rentang panjang gelombang yangluas . Pada kepadatan daya tinggi , Namun , berlian yang transit ke grafit , yang menyerapkekuatan laser dan dihapus oleh ablasi selanjutnya . Berlian mesin saat ini dilakukan olehmikrodetik laser YAG dan nanodetik pulsa excimer. Contoh aplikasi pengeboran lubang dikawat menggambar dies (Gambar 16 ) dan pemotongan pisau pisau untuk operasi mata .Lapisan tipis dari grafit atau karbon amorf ditemukan pada

permukaan setelah mesin laser yang membutuhkan tambahan polishing operasi untukmengangkat grafit . sebuah alternatif ( baru) teknik adalah penggunaan ultrashort laserfemtosecond . Tidak ada bukti grafit ditemukan karena termal Kedalaman difusi hanya 50 nm

. Beberapa pengolahan data adalah diberikan dalam Tabel 8 .

7.8 . Membersihkan excimer laser

Laser Excimer tetapi juga Q -switched Nd : YAG laser diterapkan untuk membersihkanpermukaan , khususnya di elektronik industri . Contoh membersihkan stensil silikon

Gambar . 16. Kawat berlian die menggambar . Kawat pembukaan 50 M ( Diamond ToolsGroup) .

Table 8.Laser ablation of diamond

Laser Q-switched Excimer laser Femtosecond laserWavelength 1.06 m 248 nm 248 nm

Pulse length 150 ns 20 ns 500 fsDiffusion depth 30 _m 10_m 50 nm


8/14

Fluence (J/cm2) Removal rates per pulse0.8 5 nm 5 nm2 10 nm 15 nm4 20 nm 35 nm

6 30 nm 50 nm10 0.5 _m 45 nm20 1.0 _m 60 nm50 2.5 _m150 4.0 _m

untuk e -beam lithography , slider kepala magnetik dan optik komponen . Partikel sebaiknyadiangkat dengan menggunakan tipis film cairan air atau etanol memungkinkan kepadatanenergi yang rendah untuk penguapan bahan peledak cairan , yang pukulan jauh semua

partikel . Perbedaan ablasi ambang batas yang digunakan untuk menghilangkan residu cetakdari krom berlapis rotogravure silinder . Dengan memindai seluruh permukaan pada efasihan

bawah ambang ablasi untuk kromium ( 5 J/cm2 ) semua kontaminasi dihapus dengan carayang ramah lingkungan.

7.9 . Membersihkan permukaan seni

Hasil mengesankan yang dicapai dalam pemulihan lukisan karya 20 ns KrF pulsa laserexcimer (Gambar 17 ) . itu kedalaman ablasi per pulsa adalah sekitar 1 ? m . proses

pemantauan laser diinduksi plasma dengan spektroskopi real time memungkinkan untukkontrol yang tepat dari kedalaman ablasi dan identifikasi dari berbagai lapisan .

Gambar . 17. Parsial ( kiri ) dan sepenuhnya dibersihkan seni rupa , seni - Inovasi , NL

Perkiraan pasar untuk laser excimer lebih atau kurang stabil . Pada segmen daya rendah adapergeseran dari excimer laser Nd terhadap harmonik yang lebih tinggi : YAG laser ( hijau532 nm dan UV 355 atau 266 nm) , yang menjadi tersedia untuk daya rendah mikro - mesin

dan bahan semikonduktor pengolahan . The UV Nd : YAG laser beroperasi di sama panjanggelombang dan pulsa panjang domain sebagai laser excimer . Output rata-rata 1-2 pesanan


9/14

kurang , namun demikian intensitas daya puncak tinggi ( 107-108 W/cm2 ) karena panjanggelombang pendek dan kualitas unggul balok . Perkembangan lain adalah kilowatt listriksangat tinggi laser excimer , yang dikembangkan untuk simultan pengeboran sejumlah besarlubang kecil misalnya untuk industri kedirgantaraan ( lubang untuk pendinginan bagian-

bagian mesin dan untuk lapisan hisap batas ) . Salah satu upaya penelitian di daerah ini

adalah generasi pulsa lagi. Mengemudi kekuatan adalah meningkatkan efisiensi sistem secarakeseluruhan , lebih rendah menekankan pada komponen listrik dan kualitas balok yang lebih

baik .Pulsa lagi juga bisa menjadi lebih efisien ditransmisikandalam sistem pengiriman serat.

7.10 . Tiga dimensi mikro - mesin

Dengan teknik masker proyeksi normal homogen distribusi rapat daya akan mengakibatkanablasi sama atas seluruh wilayah topeng . Selama tiga dimensi struktur set yang berbedadari topeng yang digunakan . ini umumnya hasil dalam struktur bertahap . telahmengembangkan metode Lubang di Area Modulation menggunakan mask semitransparan ,

yang terdiri dari serangkaian lubang kecil memungkinkan variabel kedalaman terus menerushanya dengan berosilasi mask dalam pola yang sudah diprogram.

8 . Laser uap tembaga

Laser uap tembaga ( CVL ) milik keluarga laser uap logam , yang menggunakan campuranuap logam dan gas mulia untuk menghasilkan sinar laser . Ada tembaga uap , helium -kadmium dan laser uap emas . mereka beroperasi pada suhu 200-1200 C untuk menjagalogam dalam negara uap . Eksitasi adalah dengan lucutan listrik di campuran gas . Laser uaptembaga menghasilkan hijau dan lampu kuning dari campuran uap tembaga dan helium

Gambar . 18. Seratus lubang - mikrometer untuk filter medis , close up tengah salah satu

lubang , lubang kanan buta .

Mereka adalah sumber yang sangat baik dari pendek , intensitas tinggi pulsa laser padatingkat pengulangan yang tinggi . Media aktif tembaga , yang terkandung dalam keramiktabung 1m panjang , 25mm diameter untuk 20W output dan sampai 3m 60mm untuk 300Wdan banyak lagi. Tabung ini terkandung dalam vakum dan dipanaskan oleh debit berdenyut1450 C di mana tembaga vaporises . Hasil tindakan laser dari elektron energi tinggi dannetral atom tembaga . Neon pada tekanan 20-60 mbar mulai debit saat ketika tabung dingin .Laser uap tembaga terutama diterapkan untuk pengeboran , memotong dan mikro - pabrik

bahan dengan ketebalan hingga 1.5mmin logam , silikon , berlian , keramik, dan polimer .aplikasi khas adalah : pengeboran nozzle inkjet , pengeboran injector diesel , spinneret

pengeboran dan pemotongan , mesin presisi dan menulis Fiber Bragg grating . Drilling ,memotong dan mikro penggilingan adalah aplikasi umum untuk lampu hijau. Antara


10/14

mereka sederhana " lubang " adalah struktur yang paling populer . ini ditemukan dipengontrol aliran medis , kontak mikro elektronik dan filter medis (Gambar 18 ) . Lubangjuga digunakan untuk membuat plastik " bernapas " , untuk mengkalibrasi penguji kebocorandan melubangi foil . Cahaya dari laser uap tembaga lebih kuat diserap dalam logamdibandingkan dengan IR laser . Hal ini menyebabkan lubang yang dalam dengan zona terkena

panas kecil . aspek rasio lebih besar dari 40 dan kekasaran permukaan dalam urutan 1-2 Mdilaporkan oleh Allen . Di sektor otomotif insinyur berada di bawah jauh tekanan peraturanuntuk mengurangi tingkat emisi mesin pembakaran . Seorang kontributor utama emisi tinggiadalah injektor bahan bakar .

Teknik saat ini EDM menghasilkan lubang yang sangat baik tetapi pada kecepatanpemrosesan rendah . lubang diameter kurang dari 150 m menjadi semakin sulit . Micro-mesin oleh CVL telah menunjukkan kemampuan untuk menghasilkan nozel dengan diameter50-200 m tanpa sampah di sisi keluar . Sisi entri memiliki remeh minimum , yang dapatdihilangkan dengan abrasi cahaya . Gambar . 19 ( kiri ) menunjukkan 50 Lubang m .Kemajuan dalam penemuan obat dan analisis manusia urutan genom membutuhkan

pengembangan mikro tools dan teknik untuk memperoleh dan memproses data dalamjumlah besar melihat perilaku ribuan gen bersama-sama . Hal ini terkait dengan peningkatankecepatan dan otomatisasi dalam instrumentasi biomedis seperti picolitre berbasis pindispenser untuk mengambil ribuan sampel genetik untuk besar.

Gambar . 19 .Kiri : bagian nozzle injection diesel . Kanan Pin micro - reservoir dengan 15m lebar 600 m kapiler panjang dan reservoir 100 m lebar dan 1000 m panjang pengujian

paralel

Komponen penting adalah pin meruncing denganslot kapiler yang diproduksi oleh CVL(Gambar 19 , kanan) .Nozel jet tinta membutuhkan dimensi yang akurat dan halus permukaanakhir untuk mendapatkan aliran laminar tinta dan mencegah turbulensi . Allen et al . telahdibuat nozel jet tinta lembaran logam dengan tiga teknik fabrikasi yang berbeda ( mesinmikro - electrodischarge , mikro - pengeboran dan CVL mesin ) . Dia mengevaluasikarakteristik masing-masing teknik sementara menilai perbedaan antara mereka . Micro -EDM adalah salah satu dari beberapa teknik yang dapat digunakan untuk mikro - lubangfabrikasi berikut Almond . Sebuah lubang tunggal 50 M diameter melalui 100 M stainlesssteel tebal membutuhkan khas 3 min . dengan CVL pulsa tunggal akan menghapus materihingga kedalaman 10 m , yang berarti bahwa mikro - lubang mesin dalam hitungan detik

30 ns pulsa pada 10 kHz . The pulsewidth pendek di CVL mengurangi zona yang terkenapanas . Aspek rasio lebih besar dari 40 dilaporkan untuk stainless steel , kekasaran


11/14

permukaan adalah urutan 1-2 m . Trepanning digunakan untuk meningkatkan kualitas lubang. Hasil diberikan dalam Tabel 9 .Meskipun mikro - EDM merupakan proses yang ditetapkandengan baik kualitas lubang , kelambatan relatif adalah kelemahan utama . CVL jauh lebihcepat tetapi peningkatan permukaan profile memerlukan investigasi lebih lanjut untukmenulis langsung mikro - struktur yang kompleks seperti yang diterapkan dalam menciptakan

saluran dalam kaca piring untuk mengontrol aliran mikro - fluida , bahan keras ukiran ,micro - tanda untuk tujuan keamanan dll presisi tinggi mikro - mesin akan menjadi aplikasikunci yang akhirnya akan menyebabkan terobosan industri.

9 . femtosecond laser

Generasi terbaru laser berdenyut memberikan terpendek pulsa laser femtosecond . Dalamsistem ini , berdenyut sebagian besar dicapai dengan modus kopling broadband sumber laser .Biasanya , bandwidth melebihi beberapa puluh dari nanometer bandwidth, yangmemungkinkan durasi pulsa baik di bawah 100 fs . Karena durasi pulsa pendek , kekuatan

puncak lebih dari 15GW dapat dicapai , yang memberikan akses ke mekanisme ablasi lebih

lanjut , seperti multi - foton ionisasi . Karena waktu interaksi singkat , hanya elektron dalammateri dipanaskan selama durasi pulsa . setelah

pulsa laser telah berhenti , kisi pengalaman materi pengaruh elektron panas . hasil ini dalamdua rezim ablasi yang berbeda , tergantung pada penetrasi kedalaman elektron panas , yang

pada fluencies lebih dari 500 mJ/cm2 bisa melebihi kedalaman penetrasi optik sekitar 10 nm .Hal ini memungkinkan tingkat ablasi hingga 250 nm pada 10 J/cm2 . Khusus untuk fluensrendah, di mana termal panjang difusi lebih kecil dari kedalaman penetrasi optik , difusi

panas akan sangat ditekan , yang memungkinkan tertinggi presisi dan pengaruh panasminimal dalam materi .

Intensitas selama pulsa laser tersebut memulai multi- foton efek , yang memungkinkan mesindari harfiah setiap bahan padat . Aplikasi terbatas pada proses mikro-mesin , dimana totalvolume material ablated agak kecil karena output daya rata-rata yang terbatas . Kebanyakanlaser femtosecond didasarkan pada titanium : sapphire , karena bandwidth yang luas . pendekyang dihasilkan dalam osilator , biasanya menyediakan kereta pulsa pendek pulsa di pulsaenergi rendah beberapa nanojoules per pulsa . Sebagai energi ini tidak cukup untuk sebagian

besar mikromesin aplikasi , amplifikasi lebih lanjut harus disediakan . amplifikasi langsungtidak layak , karena intensitas akan merusak profil balok dan optik intern . Oleh karena itu ,intensitas harus dikurangi dengan nilai-nilai yang memadai , yang sedang dilakukan denganmenggunakan celoteh Pulse Amplifikasi ( CPA) teknik . Sistem komersial khas yang tersediamenunjukkan Output kekuatan rata-rata 1.5Wand hingga 250 kHz pengulangan


12/14

Gambar . 20. Prototip stent yang terbuat dari : ( a) bio - polimer resorbable dan ( b

)tantalum .Output daya ini memungkinkan proses mikro-mesin ,tetapi membatasi jumlah bahan dihapus

per waktu . Namun demikian , aplikasi menjanjikan ditemukan di tepat mesin bahan sensitiftermal .

Terlepas dari penggunaan langsung dari fs - laser dalam kedokteran untuk operasi , misalnyakoreksi miopia seperti laser yang dibantu in situ keratomileusis ( LASIK ) , penataan medisimplan , misalnya stent koroner , adalah aplikasi yang menjanjikan dengan meningkatnyaminat industri. stent koroner digunakan sebagai pengobatan minimal invasif arteriosclerosis ,alternatif untuk operasi pintas . persyaratan implan medis (misalnya duri - giling , opacity X- ray ) yang jadi hanya beberapa bahan yang sangat ketat yang umum digunakan . khas bahanyang digunakan untuk stent adalah stainless steel atau bentuk paduan memori . Teknik pasca- proses kimia memiliki telah dikembangkan untuk mencapai sifat yang diperlukan . Namun,

bahan ini tidak optimal dalam beberapa aspek medis( misalnya risiko restenosis , terbatas bio - kompatibilitas , dll ) .

Pendekatan baru mendukung stent untuk penggunaan sementara , yang mengharuskan bahanbioresorbable seperti khusus bio polimer (Gambar 20a ) . Bahan lain , seperti tantalum ,acara ditingkatkan Xray visibilitas (Gambar 20b ) . Untuk bahan-bahan ini , tidak didirikanTeknik pengolahan pasca tersedia . Sebagian besar dari mereka menunjukkan reaksi yangkuat untuk beban termal . Hal ini penting untuk menghindari pengaruh pada bahan yangtersisa untuk menjaga spesifik sifat material .

9.1 . Cutting silikon

Silikon merupakan bahan yang paling penting dalam mikro dan industri semikonduktor untukpembuatan mikro - chip , sensor , dan aktuator . Laser konvensional belum diterapkan untukpenataan presisi tinggi semikonduktor sebagai mereka menyebabkan leleh termal , retak , dandeposito tapi femtosecond sistem laser mengatasi keterbatasan ini , karena pengaruh termaldan mekanik diminimalkan . pemotongan silikon menggunakan pulsa fs laser menunjukkankualitas tinggi (Gambar 21 ) sangat cocok untuk memotong wafer tipis . Berbeda dengankonvensional Metode dicing , pemotongan sempit non - linear dilakukan dengan memakaialat - bebas . Kualitas proses ditingkatkan karena tidak ada interaksi antara plasmamemperluas dan pulsa laser ( efek perisai plasma ) sebagai penyerapan cahaya dan ablasi

dipisahkan dalam waktu.


13/14

Gambar . 21. Contoh silikon pemotongan .

Meskipun laser femtosecond menawarkan baru dan sangat menjanjikan cara mikro - mesinhampir semua bahan padat , mereka belum diperkenalkan ke layanan industri karena

beberapa kelemahan . Sebagai CPA - teknik ini cukup kompleks , sistem mengandungkomponen optik jauh lebih daripada konvensional laser . Hal ini dapat mempengaruhistabilitas operasi oleh kondisi lingkungan seperti suhu , getaran , dll .Sampai saat ini , sistem-sistem terutama diterapkan untuk ilmiah tujuan, yang mengharuskan operasi laser olehstaf yang sangat terlatih . Untuk operasi industri , operator seperti tidak tersedia . Oleh karenaitu , layanan industri membutuhkan banyak operasi lebih mudah dan kurang pemeliharaan.Para produsen laser telah mengidentifikasi masalah ini , sehingga fs laser saat ini dirancangsesuai dengan kebutuhan industri layanan . fs - Laser akan digunakan untuk aplikasi

berkualitas tinggi , yang tidak dapat dicapai dengan cara lain . Karena investasi yang tinggi ,

aplikasi murah tampaknya tidak menjadi ekonomis oleh jenis laser .

Pengembangan Laser masa depan akan meningkatkan kecepatan proses denganmeningkatkan tingkat pengulangan sebagai baik daya output sebagai rata-rata . Denganmengurangi biaya untuk Sistem laser juga, mesin ekonomis beberapa aplikasi akan terwujud .10 . ketepatan Peningkatan akurasi telah menjadi topik sentral sepanjang 50 tahun sejarahCIRP. pulsa pendek memiliki potensi besar untuk memperoleh akurasi yang lebih tinggidalam dimensi kontrol karena jumlah yang sangat kecil bahan yang dapat dihapus per pulsa ,

juga karena sangat kecil yang rusak zona ( panas terkena ) di permukaan . lain Kelebihanmenggunakan 'alat gambar ' dibandingkan dengan alat padat ( misalnya EDM ) adalah ruangyang luas , tersedia untuk rilis puing-puing . aplikasi ditemukan dalam industri

semikonduktor di mana permintaan untuk akurasi berikut dari miniaturisasi terus sesuaidengan hukum Moore yang dikembangkan pada tahun 1965dan di mesin presisi ultra menyusul trend yang diberikan oleh Taniguchi pada tahun 1983 .

Pada tahun 1965 , Gordon Moore , pendiri Fairchild Semiconductor dan Intel , diamati hanya6 tahun setelah pengenalan transistor planar komersial pada tahun 1959 tren menakjubkan;

jumlah transistor per chip itu dua kali lipat setiap tahun . Pada tahun 1975 Moore diperbaruihukumnya membedakan tiga komponen yang berkontribusi : ( 1 ) meningkatkan area chip (15 % setiap tahun ) , ( 2 ) mengurangi ukuran fitur ( 11 % per tahun , atau 27 % lebih sedikitarea ) . Kedua faktor mengakibatkan Meningkat 60 % dari jumlah transistor per chip , (3 )sisanya perbaikan itu karena desain yang lebih baik . Pada bagian pertama 15 tahun

kompleksitas chip yang dua kali lipat setiap tahun dan karena 1975 ketika desain telahmencapai optimal , kenaikan yang masih 60 % per tahun . Ketika kita ekstrapolasi tren saat


14/14

ini untuk tahun 2010 , ukuran fitur minimum akan 70 nm. Ini menetapkan persyaratan untuklaser masa depan . fitur Ukuran tergantung pada empat faktor , kualitas balok harus baik ( M2 1 ) , panjang gelombang sesingkat mungkin dalam UV , jumlah f kecil ( f # 1 ) dan

densitas daya tepat di atas intensitas ambang batas sehingga hanya bagian tengahbalok yangdigunakan . Saat ini , ukuran fitur dari 30 nm memiliki dibuktikan secara eksperimental [ 63 ]

, tetapi jauh dari produksi . Perusahaan menilai nano fotolitografi dengan panjang gelombangexcimer dari 193 dan 152 nm. Dalam industri mesin , Taniguchi menerbitkan bukunya yangterkenal kertas pada tahun 1983 . Dari grafik nya akurasi meningkat dari 10 % per tahunditemukan , yang luar biasa dalam keseimbangan dengan 11 % yang diperkirakan oleh Moore.

Taniguchi diharapkan 2010 akurasi tertinggi dari 1 nm dengan atom, molekul atau ion mesinbeam . Dia tidak menganggap pengolahan laserbeam meskipun foton adalah jauh lebih baikdari alat atom atau ion . Bahkan berkas elektron tidak dianggap karena dia mengatakan : "Menjadi jelas bahwa mesin termal langsung menggunakan tinggi berkas elektron energi tidakcocok untuk presisi ultra

mesin karena elektron energi tinggi menembus lapisan permukaan hingga kedalaman banyakmikron atau puluhan mikron ( pada 50 kV biasanya 10 m dalam aluminium ) . itu energiditransfer ke atom dalam bentuk panas lebih zona yang relatif besar beberapa mikron "Alasan bahwa foton dapat melakukan lebih baik karena : foton jauh lebih kecil daripada elektron , mereka listrik netral sehingga tidak ada kekuatan menjijikkan , penetrasi kedalaman optik hanya 10 nm untuk logam , kedalaman penetrasi termal adalah dari urutan yang sama .

Taniguchi tidak bisa menganggap ini karena ada tidak tahu mesin femtosecond pada waktuitu . Namun demikian , beberapa masalah harus dipecahkan sebelum Laser mikro - mesinakan diterapkan pada skala industri . tidak hanya laser harus lebih kompak dan kuat , tetapi

jugakeandalan dalam proses dan dimensi..

word laser beam machining

Documents