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超短脉冲激光器在喷油嘴加工中的应用

发布时间:2022-01-04      点击次数:242
   超短脉冲激光器技术的工业化应用和其他成熟的激光技术相比,尚处于初期阶段,关键在于激光和材料之间的相互周期。在冷加工领域里,材料和激光的相互周期是10皮秒以下,与打标和烧蚀相比,相互周期短了近1000倍。转瞬间,材料因为受到高能量密度的影响,而产生一个非线性吸收的效应,这是使材料瞬间升华。
  
  在汽车发动机、柴油与汽油注射器的喷油嘴加工中,就利用了超短脉冲激光器,在喷油嘴上钻出细微的小孔。激光能钻出排列复杂以及非一致的细微孔径。这种结构能使发动机提高燃烧效率,产生高达20%的燃料节省率。激光也不会受发动机级别的限制,是一种高柔性的制造工具。所以不论是城市小轿车所用的小型发动机或是豪华轿车的较大型发动机,都能运用这项技术。
  
  激光在1s内发出了无数个脉冲,辐射在材料上。每个单脉冲都能几乎不产生热效应的去除材料。喷油嘴的孔径一般在0.05–0.2mm之间。同时,不同的钻孔工艺,包括冲击钻孔、螺旋钻孔等,可以满足不同的直径需求,同时也能实现工差在1μm以内的高精度。超短脉冲激光钻孔也基于冷加工的理念,在钻孔过程中所产生的粉尘能轻易地使用排气管吸走,不留下沉积物。因此超短脉冲能高效地钻出高质量的孔,而不需后续加工。
  
  当激光以皮秒量级的脉冲时间作用到材料上时,加工效果会发生显著变化。随着脉冲能量急剧上升,高功率密度足以剥离外层电子。由于激光与材料相互作用的时间很短,离子在将能量传递到周围材料之前就已经从材料表面被烧蚀掉了,不会给周围的材料带来热影响,因此也被称为“冷加工”。凭借冷加工带来的优势,短与超短脉冲激光器进入到工业生产应用当中。
  
  超快激光微纳加工的产业应用,包括消费电子、生物医疗、航空航天、智能产业等。尤其是随着智能时代的来临,人工智能AI、5G通信、物联网IoT对微型化、集成化、精密化提出了更高要求。超快激光微纳加工能很好地满足柔性材料、硬脆材料、复合材料的加工要求,因此能助力半导体晶片处理、天线加工、导波器件制备、传感器件制备、OLED加工等应用。