La nouvelle génération de technologie d'injection directe dans les cylindres est la technologie dominante dans le domaine des moteurs automobiles. Il injecte avec précision le carburant dans le cylindre à travers l'injecteur de carburant et se mélange complètement avec l'air d'admission pour donner une pleine fonction à l'effet de chaque goutte de carburant.

Comme on peut le voir sur la figure ci-dessous, il existe des micropores répartis sur l'injecteur dont le diamètre est inférieur à 150 microns. Le diamètre du trou, la rugosité de la surface, la position, la forme, etc. affecteront directement les performances de l'injecteur, il existe donc des exigences de traitement strictes. Dans le même temps, afin d'atteindre la rentabilité, le temps de traitement de chaque micro-trou doit être contr?lé en quelques secondes.

Le problème est donc que les exigences de traitement des micro-trous d'injecteur sont bien au-delà de la capacité de la technologie de forage mécanique traditionnelle. Quel processus est utilisé pour traiter avec précision ces micro-trous??

Méthode de traitement traditionnelle par rapport à la technologie innovante de traitement des micro-trous

à l'heure actuelle, les méthodes courantes d'usinage de micro-trous d'injecteur comprennent principalement le per?age mécanique, l'EDM et l'usinage au laser femtoseconde.

Le co?t du forage mécanique est le plus élevé. Parce que l'outil pour percer de petits trous est co?teux, facile à porter pendant le processus d'usinage et que l'outil présente un risque de fracture, ce qui affecte directement la cohérence du traitement des micro-trous et le rendement du produit, et le co?t des consommables est élevé.

Bien que l'EDM soit un peu plus flexible que le per?age mécanique en taille, son efficacité d'usinage est faible et la rugosité de surface n'est pas idéale. En particulier, il y aura une couche de refusion sur la surface usinée. Dans le même temps, nous devons également tenir compte du co?t de l'électrode et de la stabilité du processus.

Cependant, le laser femtoseconde ne peut pas produire de chaleur dans le processus de traitement, et le micro-trou traité par le laser femtoseconde n'a pas de couche de refusion ni de bavure, ce qui permet d'obtenir des bords plus nets et une meilleure qualité de surface, prolongeant ainsi la durée de vie de la buse.

En prenant un trou d'un diamètre de 150 μm et d'une profondeur de 0,5 mm comme exemple, les résultats d'usinage de l'EDM et du laser femtoseconde sont comparés

Le c?té gauche de la figure montre le micro trou usiné par EDM et le c?té droit montre le micro trou usiné par laser femtoseconde

Il convient de mentionner que nous ne sommes pas étrangers au traitement au laser. Alors, quelle est la différence entre le laser femtoseconde et le laser nanoseconde et le laser picoseconde que nous entendons souvent ?

Précisons d'abord la conversion d'unité de temps

1ms =0.001s=10^-3s 

1μs=0.000001s=10^-6s?

1ns=0.0000000001s=10^-9s

1ps =0.0000000000001s=10^-12s

1fs =0.000000000000001s=10^-15s

Si nous comprenons l'unité de temps, nous saurons que le laser femtoseconde est un traitement laser à impulsions extrêmement courtes, donc seul il peut vraiment être compétent pour un traitement de haute précision.

Il y a un trou de per?age laser nanoseconde, un trou de per?age laser picoseconde et des trous de per?age laser femtoseconde

Mécanisme de travail du laser femtoseconde

Lorsque le laser femtoseconde agit sur le traitement des métaux et des non-métaux, le principe est complètement différent. Il y a un grand nombre d'électrons libres à la surface du métal. Lorsque le laser irradie la surface métallique, les électrons libres seront instantanément chauffés et les électrons entreront en collision en quelques dizaines de secondes. Les électrons libres transmettront de l'énergie au réseau cristallin et formeront des trous. Cependant, l'énergie de la collision d'électrons libres est beaucoup plus petite que celle des ions, il faut donc beaucoup de temps pour conduire l'énergie. Cependant, ce problème a été résolu par des scientifiques chinois.

Lorsque le laser femtoseconde agit sur des matériaux non métalliques, car il y a peu d'électrons libres à la surface des matériaux, la surface des matériaux doit être ionisée avant l'irradiation laser, puis des électrons libres sont générés. Les liens restants sont compatibles avec les matériaux métalliques. Lorsque le laser femtoseconde est utilisé pour traiter des micro-trous, une petite fosse se forme au stade initial. Avec l'augmentation du nombre d'impulsions, la profondeur de la fosse augmente. Cependant, avec l'augmentation de la profondeur, il est de plus en plus difficile pour les débris de s'envoler du fond de la fosse. De ce fait, l'énergie de propagation du laser vers le fond est de moins en moins importante, et l'état de saturation de la profondeur ne peut pas être augmenté, c'est-à-dire qu'un micro trou est percé.

Application de la nouvelle technologie laser femtoseconde

L'application de la nouvelle technologie laser femtoseconde ne fait que commencer. Les principales industries d'application comprennent?: l'industrie des semi-conducteurs, l'industrie de l'énergie solaire (en particulier la technologie des couches minces), l'industrie de l'affichage planaire, le micro moulage d'alliages, le traitement de précision de l'ouverture et de la structure des électrodes, le traitement des matériaux difficiles pour l'aviation, les équipements médicaux et d'autres domaines?!

Dans le cadre du made in China 2025, l'industrie manufacturière traditionnelle est confrontée à une profonde transformation. L'une des directions est d'améliorer l'efficacité et de se tourner vers un traitement de précision haut de gamme avec une plus grande valeur ajoutée et des barrières techniques plus élevées. Le traitement laser s'inscrit pleinement dans cette thématique. Les lasers et les équipements de traitement au laser sont apparus dans les domaines de fabrication 3C haut de gamme tels que la production de modules d'écran tactile électronique grand public, la découpe de tranches de semi-conducteurs, etc., et ouvrent de nouvelles perspectives d'application dans le traitement du saphir, le verre bombé et la production de céramique.

Industrie 3C

En tant que représentant typique du laser à impulsions ultracourtes, le laser femtoseconde présente les caractéristiques d'une largeur d'impulsion ultra courte et d'une puissance de crête ultra élevée. Il dispose d'une large gamme d'objets de traitement, particulièrement adaptés au traitement de matériaux fragiles et de matériaux sensibles à la chaleur tels que le saphir, le verre, la céramique, etc., il convient donc à l'industrie de micro-traitement dans l'industrie électronique.

La raison principale est que l'application du module d'identification d'empreintes digitales dans les téléphones mobiles depuis l'année dernière a conduit à l'achat d'un laser femtoseconde. Le module d'empreintes digitales implique le traitement au laser?: ① découpe de tranches, ② découpe de puces, ③ découpe de couvercles, ④ découpe et per?age de contours de panneaux souples FPC, ⑤ marquage laser, etc. Parmi eux, la plaque de couverture en saphir/verre et la puce IC sont principalement traitées. Apple 6 utilise officiellement l'identification par empreintes digitales depuis 2015 et a promu la popularité d'un certain nombre de marques nationales. à l'heure actuelle, le taux de pénétration de l'identification des empreintes digitales est inférieur à 50%. Par conséquent, il existe encore un grand espace de développement pour la machine laser utilisée pour traiter le module d'identification d'empreintes digitales.

Dans le même temps, la machine laser peut également être utilisée dans le per?age de PCB, la découpe de plaquettes, etc., et le champ d'application est en constante expansion. Surtout avec l'application future de matériaux fragiles à haute valeur ajoutée tels que le saphir et la céramique dans les téléphones mobiles, les équipements de traitement au laser deviendront une partie importante des équipements d'automatisation 3C. Nous pensons que le laser femtoseconde jouera un r?le large et profond dans le domaine des équipements de traitement automatique 3C à l'avenir.

moteur d'avion

Pendant longtemps, la technologie de fabrication de moteurs en Chine a toujours été un goulot d'étranglement limitant le développement de l'industrie aérospatiale. La qualité des produits n'est pas à la hauteur de deux aspects : l'un est la technologie des matériaux ; l'autre est la technologie de traitement des matériaux. Le forage au laser femtoseconde résout ce problème !

Dans le domaine de l'aérospatiale, la turbine à gaz est le premier des trois composants clés du moteur, et ses performances déterminent directement la qualité du moteur. Cependant, la température de fonctionnement de l'aube de turbine d'un moteur d'avion est d'au moins 1400 ℃, il est donc nécessaire d'utiliser une technologie de refroidissement précise pour les pièces à haute température, en particulier les aubes.

Le refroidissement de la lame est généralement réalisé par un grand nombre de trous de film de différents diamètres. Le diamètre du trou est d'environ 100 ~ 700 μm et la distribution spatiale est complexe. La plupart d'entre eux sont des trous inclinés avec des angles allant de 15° à 90°. Afin d'améliorer l'efficacité du refroidissement, la forme des trous est souvent en éventail ou rectangulaire, ce qui rend l'usinage très difficile. à l'heure actuelle, la méthode courante est l'EDM à grande vitesse, mais la fabrication d'électrodes d'outils est extrêmement difficile, les pièces traitées sont faciles à porter, la vitesse de traitement est lente, il est difficile d'enlever les copeaux d'usinage dans le trou, ce n'est pas facile à dissipation thermique, il ne convient donc pas à la production de masse.

De plus, la surface de la pale de moteur moderne est généralement recouverte d'une couche de revêtement de barrière thermique, qui est généralement un matériau céramique, qui ne peut pas être usiné par EDM traditionnel, qui est la technologie clé de la fabrication de moteurs avancés à l'avenir. Avec le développement de la non métallisation des matériaux des aubes de moteur, l'EDM est de moins en moins fiable. L'usinage laser femtoseconde présente de nombreux avantages, tels qu'une grande adaptabilité, une grande précision de positionnement, aucune déformation mécanique, aucun contact direct, etc. Il est très approprié pour l'usinage de micro-trous.

soins médicaux

à l'heure actuelle, tous les lasers femtosecondes utilisés dans le traitement réfractif ophtalmique devraient être l'un des dispositifs les plus matures dans l'application médicale de la technologie femtoseconde. Il y a aussi le traitement des extenseurs, des endoscopes et des cathéters, etc.

Dans le traitement médical, par rapport au laser à impulsions longues, l'énergie du laser femtoseconde est hautement concentrée, il n'y a presque aucun effet de transfert de chaleur pendant l'action, de sorte qu'il ne provoquera pas d'augmentation de la température de l'environnement environnant, ce qui est très important dans l'application médicale de chirurgie au laser. D'une part, plusieurs degrés d'élévation de température deviendront des ondes de pression en un instant et se transmettront aux cellules nerveuses pour produire de la douleur. D'autre part, il peut causer des dommages mortels aux tissus biologiques. Par conséquent, le laser femtoseconde peut réaliser un traitement s?r indolore et non invasif.

Percée dans la technologie de per?age laser femtoseconde

Bien que la technologie de forage laser femtoseconde ait un tel pouvoir magique, son développement est également très difficile, en particulier dans les efforts d'intégration de système et d'ingénierie technologique, il existe diverses difficultés et la puissance de sortie est également limitée. En outre, comment former un ensemble complet d'industries de traitement microporeux est également un problème mondial. Cependant, grace aux efforts des scientifiques chinois, nous avons non seulement réalisé le caractère pratique et l'intégration du système, mais également inventé la technologie de traitement des vis, qui peut être personnalisée en privé avec différentes formes de micropores, qui peuvent être considérées comme les principales positionnement dans le monde.

De nos jours, avec la mise à niveau progressive des normes d'émission dans l'industrie automobile au pays et à l'étranger, les défis pour les fabricants d'injecteurs et leurs équipementiers deviennent de plus en plus sérieux. Les trous ronds traditionnels ne peuvent pas répondre aux besoins des clients. Les fabricants recherchent et développent constamment des formes de buses spéciales et nouvelles pour répondre aux exigences. La flexibilité et les avantages du traitement laser femtoseconde deviennent de plus en plus évidents.

Formes de trous de pulvérisation spéciales et nouvelles