A nova gera??o de tecnologia de inje??o direta no cilindro é a tecnologia dominante no campo do motor automotivo. Ele injeta combustível com precis?o no cilindro através do injetor de combustível e se mistura totalmente com o ar de admiss?o para dar plena fun??o ao efeito de cada gota de combustível.

Como pode ser visto na figura abaixo, existem microporos distribuídos no injetor, cujo diametro é inferior a 150 mícrons. Diametro do furo, rugosidade da superfície, posi??o, forma e assim por diante afetar?o diretamente o desempenho do injetor, por isso há requisitos de processamento rigorosos. Ao mesmo tempo, para obter rentabilidade, o tempo de processamento de cada microfuro deve ser controlado em poucos segundos.

Portanto, o problema é que os requisitos de processamento dos microfuros do injetor est?o muito além da capacidade da tecnologia de perfura??o mecanica tradicional. Qual processo é usado para processar com precis?o esses micro orifícios?

Método de processamento tradicional versus tecnologia inovadora de processamento de micro furos

Atualmente, os métodos comuns de usinagem de micro furos de injetores incluem principalmente perfura??o mecanica, EDM e usinagem a laser de femtossegundos.

O custo da perfura??o mecanica é o mais alto. Pois a ferramenta para fura??o de furos pequenos é cara, fácil de desgastar no processo de usinagem, e a ferramenta tem risco de fratura, o que afeta diretamente a consistência do processamento do micro furo e o rendimento do produto, e o custo dos consumíveis é alto.

Embora a EDM seja um pouco mais flexível do que a fura??o mecanica em tamanho, sua eficiência de usinagem é baixa e a rugosidade da superfície n?o é a ideal. Especialmente, haverá camada de refus?o na superfície usinada. Ao mesmo tempo, também devemos considerar o custo do eletrodo e a estabilidade do processo.

No entanto, o laser de femtosegundo n?o pode produzir calor no processo de processamento, e o micro furo processado pelo laser de femtosegundo n?o possui camada de refus?o e rebarba, o que pode obter uma borda afiada mais clara e melhor qualidade de superfície, prolongando assim a vida útil do bico.

Tomando um furo com um diametro de 150 μm e uma profundidade de 0,5 mm como exemplo, os resultados de usinagem de EDM e laser de femtosegundo s?o comparados

O lado esquerdo da figura mostra o micro furo usinado por EDM e o lado direito mostra o micro furo usinado por laser de femtossegundo

Vale a pena mencionar que n?o estamos familiarizados com o processamento a laser. Ent?o, qual é a diferen?a entre o laser de femtossegundos e o laser de nanossegundos e o laser de picossegundos que ouvimos com frequência?

Vamos esclarecer primeiro a convers?o da unidade de tempo

1 ms = 0,001 s = 10^-3s 

1μs=0,000001s=10^-6s?

1ns=0,0000000001s=10^-9s

1ps =0,0000000000001s=10^-12s

1fs =0,000000000000001s=10^-15s

Se entendermos a unidade de tempo, saberemos que o laser de femtosegundo é um processamento de laser de pulso extremamente curto, portanto, somente ele pode ser realmente competente para processamento de alta precis?o.

Existem furos de perfura??o a laser de nanossegundos, furos de perfura??o a laser de picossegundos e furos de perfura??o a laser de femtossegundos

Mecanismo de trabalho do laser de femtossegundo

Quando o laser de femtosegundo atua no processamento de metais e n?o metais, o princípio é completamente diferente. Há um grande número de elétrons livres na superfície do metal. Quando o laser irradia a superfície do metal, os elétrons livres ser?o instantaneamente aquecidos e os elétrons colidir?o em dezenas de segundos voadores. Os elétrons livres ir?o transmitir energia para a rede cristalina e formar buracos. No entanto, a energia da colis?o de elétrons livres é muito menor do que a dos íons, por isso leva muito tempo para conduzir a energia. No entanto, este problema foi resolvido por cientistas chineses.

Quando o laser de femtosegundo atua em materiais n?o metálicos, pois há poucos elétrons livres na superfície dos materiais, a superfície dos materiais deve ser ionizada antes da irradia??o do laser, e ent?o os elétrons livres s?o gerados. Os elos restantes s?o consistentes com os materiais metálicos. Quando o laser de femtosegundo é usado para processar microfuros, um pequeno po?o é formado no estágio inicial. Com o aumento do número de pulsos, a profundidade do po?o aumenta. No entanto, com o aumento da profundidade, é cada vez mais difícil que os detritos voem para fora do fundo do po?o. Como resultado, a energia de propaga??o do laser para o fundo é cada vez menor, e o estado de satura??o da profundidade n?o pode ser aumentado, ou seja, um micro furo é perfurado.

Aplica??o da nova tecnologia de laser de femtosegundo

A aplica??o da nova tecnologia de laser de femtosegundo está apenas surgindo. As principais indústrias de aplica??o incluem: indústria de semicondutores, indústria de energia solar (especialmente tecnologia de filme fino), indústria de exibi??o plana, micro fundi??o de liga, abertura de precis?o e processamento de estrutura de eletrodo, processamento de materiais difíceis de avia??o, equipamentos médicos e outros campos!

Sob o pano de fundo do made in China 2025, a indústria de fabrica??o industrial tradicional está enfrentando uma profunda transforma??o. Uma das dire??es é melhorar a eficiência e recorrer ao processamento de alta precis?o com maior valor agregado e maiores barreiras técnicas. O processamento a laser está totalmente alinhado com este tema. Lasers e equipamentos de processamento a laser surgiram em campos de fabrica??o 3C de ponta, como produ??o de módulos de tela de toque eletr?nica de consumidor, corte de wafer semicondutor, etc., e mostram novas perspectivas de aplica??o no processamento de safira, vidro curvo e produ??o de ceramica.

indústria 3C

Como um representante típico do laser de pulso ultracurto, o laser de femtosegundo tem as características de largura de pulso ultra curta e potência de pico ultra alta. Possui uma ampla gama de objetos de processamento, especialmente adequados para o processamento de materiais frágeis e materiais sensíveis ao calor, como safira, vidro, ceramica, etc., por isso é adequado para a indústria de microprocessamento na indústria eletr?nica.

A principal raz?o é que a aplica??o do módulo de identifica??o de impress?o digital em telefones celulares desde o ano passado levou à compra do laser de femtosegundo. O módulo de impress?o digital envolve processamento a laser: ① corte de wafer, ② corte de cavacos, ③ corte de cobertura, ④ corte e perfura??o de contorno de placa macia FPC, ⑤ marca??o a laser, etc. Entre eles, placa de cobertura de safira / vidro e chip IC s?o processados principalmente. O Apple 6 usa oficialmente a identifica??o por impress?o digital desde 2015 e promoveu a popularidade de várias marcas nacionais. Atualmente, a taxa de penetra??o da identifica??o de impress?o digital é inferior a 50%. Portanto, ainda há um grande espa?o de desenvolvimento para a máquina a laser usada para processar o módulo de identifica??o de impress?es digitais.

Ao mesmo tempo, a máquina a laser também pode ser usada na perfura??o de PCB, corte em cubos de wafer, etc., e o campo de aplica??o está em constante expans?o. Especialmente com a aplica??o de materiais frágeis de alto valor agregado, como safira e ceramica em telefones celulares no futuro, os equipamentos de processamento a laser se tornar?o uma parte importante dos equipamentos de automa??o 3C. Acreditamos que o laser de femtosegundo desempenhará um papel amplo e profundo no campo de equipamentos de processamento automático 3C no futuro.

motor de avi?o

Por muito tempo, a tecnologia de fabrica??o de motores da China sempre foi um gargalo que restringe o desenvolvimento da indústria aeroespacial. A qualidade dos produtos n?o está à altura de dois aspectos: um é a tecnologia do material; a outra é a tecnologia de processamento de materiais. A perfura??o a laser de femtosegundo resolve esse problema!

No campo aeroespacial, a turbina a gás é o primeiro dos três componentes principais do motor, e seu desempenho determina diretamente a qualidade do motor. No entanto, a temperatura de trabalho da lamina da turbina do motor aeronáutico é de pelo menos 1400 ℃, por isso é necessário usar tecnologia de resfriamento precisa para pe?as de alta temperatura, especialmente laminas.

O resfriamento da lamina geralmente é obtido por um grande número de furos de filme com diferentes diametros. O diametro do furo é de cerca de 100 ~ 700 μm, e a distribui??o espacial é complexa. A maioria deles s?o furos inclinados com angulos que variam de 15° a 90°. Para melhorar a eficiência do resfriamento, o formato dos furos é muitas vezes em forma de leque ou retangular, o que dificulta muito a usinagem. Atualmente, o método convencional é EDM de alta velocidade, mas a fabrica??o do eletrodo da ferramenta é extremamente difícil, as pe?as processadas s?o fáceis de usar, a velocidade de processamento é lenta, é difícil remover os cavacos de usinagem no furo, n?o é fácil dissipa??o de calor, por isso n?o é adequado para produ??o em massa.

Além disso, a superfície da lamina do motor moderno é geralmente coberta com uma camada de revestimento de barreira térmica, que geralmente é material ceramico, que n?o pode ser usinado por EDM tradicional, que é a tecnologia chave da fabrica??o avan?ada de motores no futuro. Com o desenvolvimento da n?o metaliza??o dos materiais das pás do motor, a EDM n?o é mais confiável. A usinagem a laser de femtosegundo tem muitas vantagens, como ampla adaptabilidade, alta precis?o de posicionamento, sem deforma??o mecanica, sem contato direto e assim por diante. é muito adequado para usinagem de micro furos.

cuidados médicos

Atualmente, todo laser de femtosegundo usado no tratamento refrativo oftálmico deve ser um dos dispositivos mais maduros na aplica??o médica da tecnologia de femtosegundo. Há também expansor, endoscópio e processamento de cateter e assim por diante.

No tratamento médico, em compara??o com o laser de pulso longo, a energia do laser de femtosegundo é altamente concentrada, quase n?o há efeito de transferência de calor durante a a??o, por isso n?o causará o aumento da temperatura do ambiente circundante, o que é muito importante na aplica??o médica de cirurgia a laser. Por um lado, vários graus de aumento de temperatura se tornar?o ondas de press?o em um instante e ser?o transmitidas às células nervosas para produzir dor. Por outro lado, pode causar danos fatais aos tecidos biológicos. Portanto, o laser de femtosegundo pode alcan?ar um tratamento seguro indolor e n?o invasivo.

Avan?o na tecnologia de perfura??o a laser de femtosegundo

Embora a tecnologia de perfura??o a laser de femtosegundo tenha esse poder mágico, seu desenvolvimento também é muito difícil, especialmente nos esfor?os de integra??o de sistemas e engenharia de tecnologia, existem várias dificuldades e a potência de saída também é limitada. Além disso, como formar um conjunto completo de indústria de processamento microporoso também é um problema mundial. No entanto, através dos esfor?os de cientistas chineses, n?o apenas percebemos a praticidade e integra??o do sistema, mas também inventamos a tecnologia de processamento de parafuso, que pode ser personalizada de forma privada com diferentes formas de microporos, que pode ser considerada a principal posi??o no mundo.

Atualmente, com a atualiza??o gradual dos padr?es de emiss?o na indústria automotiva no país e no exterior, os desafios para os fabricantes de injetores e seus OEMs est?o se tornando cada vez mais sérios. Os furos redondos tradicionais n?o podem atender às necessidades dos clientes. Os fabricantes est?o constantemente procurando e desenvolvendo formas de bicos especiais e inovadoras para atender aos requisitos. A flexibilidade e as vantagens do processamento a laser de femtossegundos est?o se tornando cada vez mais óbvias.

Formas de orifícios de pulveriza??o especiais e inovadoras