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超快激光器在薄片玻璃中实现微加工

导读: 科学家正在研究如何使用超短脉冲(也称为超快脉冲)激光器将微结构蚀刻到薄片玻璃中。

科学家正在研究如何使用超短脉冲(也称为超快脉冲)激光器将微结构蚀刻到薄片玻璃中。在分析应用(片上实验室)和电子及消费领域,将微结构刻蚀到薄片玻璃中存在着很多可能的应用。

用超快激光以特定的方式照射玻璃,能够使玻璃对随后的湿法化学蚀刻的敏感度提升一千倍。这意味着可以通过玻璃块引导直径几微米的激光束,并且随后在玻璃体内刻蚀出精细的管道。这种方法可以用来创建微型孔,将完整的微流体系统刻蚀到玻璃体中,或者实现具有极高表面质量的切口。

在这种现象可以成为工业过程之前,首先必须要回答一些问题。回答这些问题,也是德国联邦教育和研究部(BMBF)资助的飞秒数字光子生产(Femto Digital Photonic Production)联合研究项目的目标。

自2014年以来,德国亚琛工业大学和弗劳恩霍夫激光技术研究所(ILT)的代表们,已经与六家公司合作,研究用超快激光脉冲加工透明材料时所出现的新现象。他们已经开发了选择性激光刻蚀(SLE)技术,并且已经测试了用技术加工几种不同类型的玻璃材料,包括石英玻璃、蓝宝石、Borofloat 33 玻璃和康宁 Willow 玻璃。在Borofloat 33 中,激光结构化区域和非结构化区域之间的刻蚀选择度达到了1000:1,而在 Willow 玻璃中该数字约达到了100:1。

在该项目的下一阶段,将在亚琛工业大学进行实验,并在激光制造过程指令的非线性动力学研究部(NLD)运行复杂的模拟。光学系统技术(TOS)主席将专注于优化系统中的光学器件。

研究人员正在与三家激光源制造商(Amphos、Edgewave和Trumpf)和三家系统供应商(4JET、LightFab和Pulsar Photonics)合作。他们的目标是为大表面应用开发多光束系统,以及为微加工开发较小的系统。

LightFab公司是诞生于亚琛工业大学的一家初创公司。LightFab公司使用SLE技术生产由石英玻璃制造的3D精密零件。LightFab公司的机器,大大提高了用于原型制造和系列产品生产的玻璃部件3D打印的生产率,使得可以利用SLE工艺实现部件的批量生产。

该项目的合作伙伴们看到了该技术的众多潜在应用。对于微流体而言,它不仅能在玻璃材料中生产通道,而且还能生产喷嘴和其他微型器件。该技术还能在钻孔和切割过程中提供独特优势。刻蚀能够实现无张力材料烧蚀,这一特性具有很多优势,例如在半导体技术中制造中介层结构时,这项技术就非常有利。它能够产生 10μm 以下的微型结构。

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