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光学工程
纳秒-皮秒双激光处理的金属结构表面效果更佳

弗劳恩霍夫协会激光技术研究所的eVerest项目开发出一种利用皮秒和纳秒脉冲的自动金属表面处理装置。


联合纳秒和皮秒激光脉冲能够制作出功能表面

在汽车制造工业,越来越多的表面需要进行微结构处理。德国激光材料方面研究机构,弗劳恩霍夫协会激光技术研究所表示,无论这种微结构是应用于气缸还是仪表盘,功能表面都将是一种趋势。

该研究所正进行一个名为eVerest的研究项目,拟开发出一套激光仪器,从而实现用超短皮秒和纳秒激光脉冲在大块材料表面进行微结构处理。该项目意图提供“几乎无限”的制造精度。研究小组表示:“激光最适合于完成这项任务,能够确保生产的精度。”

通过皮秒激光辐射产生的工艺结构在汽车工业有越来越多的应用。研究小组认为:“超短脉冲激光已经成为微结构制作工具很多年了。无论什么材料表面,超短脉冲激光都能高精度地制作微米尺寸的结构。唯一的不足就是在同一制作工艺中脉冲激光需要用到多次。”

截至目前,这一问题的解决办法是用多个激光光源,快速扫描或者将激光束分成多束。激光技术研究所与其他机构联合开展的一项研究-工业联合项目,将合作开发出新的解决法案,制作一种材料激光加工装置。其中超短脉冲激光严格用于制作最精细部分,而剩余的部分由纳秒激光提前制备好。

汽车部件


基础结构由纳秒脉冲完成,而精细部分由皮秒脉冲完成

只要朝汽车内部扫视一下,你就能区分出各种细节。激光技术研究所在一份项目报告中表示:“在很长的一段时间里,皮革是汽车内部的主要部分。现在精细的工艺结构越来越受欢迎,这其中许多的3D结构是通过注塑成型的方法制作完成的。”

而这些具有微米尺寸结构的模具是用光催化刻蚀的方法制作的。这个制作过程一次又一次的重复,而工艺重复的过程中需要具有高超的技艺以保证重复性。

这个工作也可以用激光来完成,特别是纳秒激光可以达到与传统刻蚀工艺相同的产率。但是对于更精细的结构,纳秒激光就达到极限了,它会开始造成材料的熔融,从而导致粗糙的轮廓,尤其是那些错综复杂的结构。

皮秒与纳秒结合

虽然超短脉冲激光发出的纳秒脉冲不能达到令人满意的产率,但是它们可以用于超精密的刻蚀。将皮秒和纳秒脉冲相结合正是eVerest研究项目的目标。

该项目由德国联邦教育和研究部门资助,致力于开发出一套完整的设备,用于大幅3D模具结构表面的高效制备。

项目开始于2016年,预计持续到2018年末,由两所大学的研究人员组成,同时还有工业合作伙伴。激光器制造商、系统整合商以及汽车原始设备制造商将加入这个合作计划,从而能开发出一套完整的解决方案,从软件、激光器到机器成型,最终将实现8轴同时处理。


工艺结构在汽车工业有越来越多的应用

非专家操作

项目的一个重要目标是将来不需要专门的技术专家来操作这个机器。再也不需要上述刻蚀工艺那样灵巧的技艺,这将会是显著的进步。当然,最终目标是通过精确控制激光实现完全自动化。

虽然这个工艺已经在合作伙伴大众公司运行,但是它的应用领域远远超过汽车工业。无论是用于制作印刷工业的压纹辊子还是制作风力涡轮机所用的大型转轴,许多地方都需要功能结构表面。

四月亚琛研讨会

关于新系统发展的会议核心议题将是如何深入理解工艺过程以及如何应用这个工艺。这些议题同时也是今年UKP研讨会:超快激光技术的焦点。这次会议将会于4月26-27日在德国亚琛举行。这将是第四年举办此类会议,届时激光开发、工艺处理以及工业领域的各类专家将齐聚一堂,讨论他们在超短脉冲激光研究、开发和应用方面的成果经验。


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