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光學工程
納秒-皮秒雙激光處理的金屬結構表面效果更佳

弗勞恩霍夫協會激光技術研究所的eVerest項目開發出一種利用皮秒和納秒脈沖的自動金屬表面處理裝置。


聯合納秒和皮秒激光脈沖能夠制作出功能表面

在汽車制造工業,越來越多的表面需要進行微結構處理。德國激光材料方面研究機構,弗勞恩霍夫協會激光技術研究所表示,無論這種微結構是應用于氣缸還是儀表盤,功能表面都將是一種趨勢。

該研究所正進行一個名為eVerest的研究項目,擬開發出一套激光儀器,從而實現用超短皮秒和納秒激光脈沖在大塊材料表面進行微結構處理。該項目意圖提供“幾乎無限”的制造精度。研究小組表示:“激光最適合于完成這項任務,能夠確保生產的精度。”

通過皮秒激光輻射產生的工藝結構在汽車工業有越來越多的應用。研究小組認為:“超短脈沖激光已經成為微結構制作工具很多年了。無論什么材料表面,超短脈沖激光都能高精度地制作微米尺寸的結構。唯一的不足就是在同一制作工藝中脈沖激光需要用到多次。”

截至目前,這一問題的解決辦法是用多個激光光源,快速掃描或者將激光束分成多束。激光技術研究所與其他機構聯合開展的一項研究-工業聯合項目,將合作開發出新的解決法案,制作一種材料激光加工裝置。其中超短脈沖激光嚴格用于制作最精細部分,而剩余的部分由納秒激光提前制備好。

汽車部件


基礎結構由納秒脈沖完成,而精細部分由皮秒脈沖完成

只要朝汽車內部掃視一下,你就能區分出各種細節。激光技術研究所在一份項目報告中表示:“在很長的一段時間里,皮革是汽車內部的主要部分。現在精細的工藝結構越來越受歡迎,這其中許多的3D結構是通過注塑成型的方法制作完成的。”

而這些具有微米尺寸結構的模具是用光催化刻蝕的方法制作的。這個制作過程一次又一次的重復,而工藝重復的過程中需要具有高超的技藝以保證重復性。

這個工作也可以用激光來完成,特別是納秒激光可以達到與傳統刻蝕工藝相同的產率。但是對于更精細的結構,納秒激光就達到極限了,它會開始造成材料的熔融,從而導致粗糙的輪廓,尤其是那些錯綜復雜的結構。

皮秒與納秒結合

雖然超短脈沖激光發出的納秒脈沖不能達到令人滿意的產率,但是它們可以用于超精密的刻蝕。將皮秒和納秒脈沖相結合正是eVerest研究項目的目標。

該項目由德國聯邦教育和研究部門資助,致力于開發出一套完整的設備,用于大幅3D模具結構表面的高效制備。

項目開始于2016年,預計持續到2018年末,由兩所大學的研究人員組成,同時還有工業合作伙伴。激光器制造商、系統整合商以及汽車原始設備制造商將加入這個合作計劃,從而能開發出一套完整的解決方案,從軟件、激光器到機器成型,最終將實現8軸同時處理。


工藝結構在汽車工業有越來越多的應用

非專家操作

項目的一個重要目標是將來不需要專門的技術專家來操作這個機器。再也不需要上述刻蝕工藝那樣靈巧的技藝,這將會是顯著的進步。當然,最終目標是通過精確控制激光實現完全自動化。

雖然這個工藝已經在合作伙伴大眾公司運行,但是它的應用領域遠遠超過汽車工業。無論是用于制作印刷工業的壓紋輥子還是制作風力渦輪機所用的大型轉軸,許多地方都需要功能結構表面。

四月亞琛研討會

關于新系統發展的會議核心議題將是如何深入理解工藝過程以及如何應用這個工藝。這些議題同時也是今年UKP研討會:超快激光技術的焦點。這次會議將會于4月26-27日在德國亞琛舉行。這將是第四年舉辦此類會議,屆時激光開發、工藝處理以及工業領域的各類專家將齊聚一堂,討論他們在超短脈沖激光研究、開發和應用方面的成果經驗。


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