Новое поколение технологии непосредственного впрыска в цилиндр является основной технологией в области автомобильных двигателей. Он точно впрыскивает топливо в цилиндр через топливную форсунку и полностью смешивается с всасываемым воздухом, обеспечивая полное действие каждой капли топлива.

Как видно из рисунка ниже, на форсунке распределены микропоры, диаметр которых не превышает 150 микрон. Диаметр отверстия, шероховатость поверхности, положение, форма и т. д. напрямую влияют на производительность инжектора, поэтому существуют строгие требования к обработке. При этом для достижения экономической эффективности время обработки каждого микроотверстия требуется контролировать в пределах нескольких секунд.

Таким образом, проблема заключается в том, что требования к обработке микроотверстий инжектора намного превышают возможности традиционной технологии механического бурения. Какой процесс используется для точной обработки этих микроотверстий?

Традиционный метод обработки против инновационной технологии обработки микроотверстий

В настоящее время распространенные методы обработки микроотверстий инжектора в основном включают механическое сверление, электроэрозионную обработку и фемтосекундную лазерную обработку.

Стоимость механического бурения самая высокая. Потому что инструмент для сверления маленьких отверстий дорог, легко изнашивается в процессе обработки, и инструмент имеет риск поломки, что напрямую влияет на стабильность обработки микроотверстий и выход продукта, а стоимость расходных материалов высока.

Хотя электроэрозионная обработка немного более гибкая по размеру, чем механическое сверление, эффективность ее обработки низка, а шероховатость поверхности не идеальна. В частности, на обработанной поверхности будет слой переплава. В то же время мы также должны учитывать стоимость электрода и стабильность процесса.

Однако фемтосекундный лазер не может выделять тепло в процессе обработки, а микроотверстие, обработанное фемтосекундным лазером, не имеет слоя переплава и заусенцев, что позволяет получить более четкую острую кромку и лучшее качество поверхности, что продлевает срок службы сопла.

На примере отверстия диаметром 150 мкм и глубиной 0,5 мм сравниваются результаты обработки электроэрозионным и фемтосекундным лазером.

В левой части рисунка показано микроотверстие, обработанное с помощью электроэрозионной обработки, а в правой части показано микроотверстие, обработанное фемтосекундным лазером.

Стоит отметить, что мы знакомы с лазерной обработкой. Итак, в чем разница между фемтосекундным лазером, наносекундным лазером и пикосекундным лазером, который мы часто слышим?

Давайте сначала проясним преобразование единиц времени

1 мс = 0,001 с = 10^-3с&nbсp;

1 мкс=0,000001 с=10^-6с?

1 нс = 0,0000000001 с = 10^-9с

1 пс = 0,0000000000001 с = 10^-12с

1фс =0,0000000000000001с=10^-15с

Если мы поймем единицу времени, мы будем знать, что фемтосекундный лазер — это лазер с чрезвычайно короткими импульсами, поэтому только он может быть действительно компетентен для высокоточной обработки.

Есть отверстия для сверления наносекундным лазером, отверстия для сверления пикосекундным лазером и отверстия для сверления фемтосекундным лазером.

Рабочий механизм фемтосекундного лазера

При воздействии фемтосекундного лазера на обработку металлов и неметаллов принцип совершенно другой. На поверхности металла имеется большое количество свободных электронов. Когда лазер облучает металлическую поверхность, свободные электроны моментально нагреваются, и электроны сталкиваются за десятки летящих секунд. Свободные электроны будут передавать энергию кристаллической решетке и образовывать дырки. Однако энергия столкновения свободных электронов намного меньше, чем у ионов, поэтому для проведения энергии требуется много времени. Однако эта проблема была решена китайскими учеными.

Когда фемтосекундный лазер воздействует на неметаллические материалы, из-за того, что на поверхности материалов мало свободных электронов, поверхность материалов должна быть ионизирована перед лазерным облучением, а затем генерируются свободные электроны. Остальные звенья соответствуют металлическим материалам. При обработке микроотверстий фемтосекундным лазером на начальном этапе формируется небольшая ямка. С увеличением числа импульсов увеличивается глубина ямки. Однако с увеличением глубины мусору все труднее вылетать со дна ямы. В результате энергия распространения лазера на дно все меньше и меньше, и состояние насыщения глубины не может быть увеличено, то есть просверливается микроотверстие.

Применение новой фемтосекундной лазерной технологии

Применение новой технологии фемтосекундного лазера только начинается. К основным отраслям применения относятся: полупроводниковая промышленность, солнечная энергетика (особенно тонкопленочная технология), производство плоских дисплеев, микролитье сплавов, прецизионная обработка апертур и структуры электродов, обработка авиационных сложных материалов, медицинское оборудование и другие области!

На фоне ?Сделано в Китае 2025? традиционная промышленная обрабатывающая промышленность переживает глубокую трансформацию. Одним из направлений является повышение эффективности и переход к высокоточной обработке с более высокой добавленной стоимостью и более высокими техническими барьерами. Лазерная обработка полностью соответствует этой теме. Лазеры и оборудование для лазерной обработки появились в высокотехнологичных областях производства 3C, таких как производство модулей сенсорных экранов бытовой электроники, нарезка полупроводниковых пластин и т. д., и демонстрируют новые перспективы применения в обработке сапфира, гнутом стекле и производстве керамики.

3С индустрия

Как типичный представитель ультракороткоимпульсного лазера, фемтосекундный лазер имеет характеристики сверхкороткой ширины импульса и сверхвысокой пиковой мощности. Он имеет широкий спектр объектов обработки, особенно подходит для обработки хрупких материалов и термочувствительных материалов, таких как сапфир, стекло, керамика и т. д., поэтому он подходит для микрообрабатывающей промышленности в электронной промышленности.

Основная причина в том, что применение модуля идентификации по отпечатку пальца в мобильных телефонах с прошлого года привело к покупке фемтосекундного лазера. Модуль отпечатков пальцев включает в себя лазерную обработку: ① резка пластин, ② резка чипов, ③ резка покрытия, ④ резка и сверление контура мягкой платы FPC, ⑤ лазерная маркировка и т. д. Среди них в основном обрабатываются сапфировые / стеклянные накладки и микросхемы ИС. Apple 6 официально использует идентификацию по отпечатку пальца с 2015 года и способствовала популярности ряда отечественных брендов. В настоящее время скорость проникновения идентификации по отпечаткам пальцев составляет менее 50%. Таким образом, для лазерной машины, используемой для обработки модуля идентификации отпечатков пальцев, все еще существует большое пространство для разработки.

В то же время лазерный станок также можно использовать для сверления печатных плат, резки пластин и т. д., и область применения постоянно расширяется. В частности, в связи с применением в мобильных телефонах в будущем хрупких материалов с высокой добавленной стоимостью, таких как сапфир и керамика, оборудование для лазерной обработки станет важной частью оборудования для автоматизации 3C. Мы считаем, что фемтосекундный лазер будет играть важную роль в области оборудования для автоматической обработки 3C в будущем.

авиационный двигатель

В течение долгого времени технология производства двигателей в Китае всегда была узким местом, сдерживающим развитие аэрокосмической промышленности. Качество продукции не соответствует стандартам по двум аспектам: во-первых, это технология материалов; другой - технология обработки материалов. Фемтосекундное лазерное бурение решает эту проблему!

В аэрокосмической области газовая турбина является первым из трех ключевых компонентов двигателя, и ее производительность напрямую определяет качество двигателя. Однако рабочая температура лопатки турбины авиадвигателя составляет не менее 1400 ℃, поэтому необходимо использовать точную технологию охлаждения высокотемпературных деталей, особенно лопаток.

Охлаждение лопаток обычно достигается за счет большого количества отверстий в пленке разного диаметра. Диаметр отверстия составляет около 100 ~ 700 мкм, пространственное распределение сложное. Большинство из них представляют собой наклонные отверстия с углами от 15° до 90°. Для повышения эффективности охлаждения форма отверстий часто бывает веерообразной или прямоугольной, что создает большие трудности при обработке. В настоящее время основным методом является высокоскоростная электроэрозионная обработка, но изготовление инструментальных электродов чрезвычайно сложно, обрабатываемые детали легко изнашиваются, скорость обработки низкая, трудно удалить стружку в отверстии, это не легко рассеивать тепло, поэтому он не подходит для массового производства.

Кроме того, поверхность лопатки современного двигателя обычно покрыта слоем термобарьерного покрытия, которое обычно представляет собой керамический материал, который не может быть обработан традиционной электроэрозионной обработкой, что является ключевой технологией производства передовых двигателей в будущем. С развитием безметаллизации материалов лопаток электроэрозионный станок становится менее надежным. Фемтосекундная лазерная обработка имеет много преимуществ, таких как широкая адаптируемость, высокая точность позиционирования, отсутствие механической деформации, отсутствие прямого контакта и так далее. Он очень подходит для обработки микроотверстий.

медицинская помощь

В настоящее время все фемтосекундные лазеры, используемые в офтальмологической рефракционной терапии, должны быть одними из самых зрелых устройств в медицинском применении фемтосекундных технологий. Есть также экспандер, эндоскоп и обработка катетеров и так далее.

В медицинском лечении, по сравнению с длинноимпульсным лазером, энергия фемтосекундного лазера сильно сконцентрирована, во время действия практически отсутствует эффект теплопередачи, поэтому он не вызывает повышения температуры окружающей среды, что очень важно при медицинском применении. лазерная хирургия. С одной стороны, повышение температуры на несколько градусов мгновенно превратится в волну давления и передастся нервным клеткам, вызывая боль. С другой стороны, это может привести к смертельному повреждению биологических тканей. Таким образом, фемтосекундный лазер может обеспечить безболезненное и неинвазивное безопасное лечение.

Прорыв в технологии фемтосекундного лазерного бурения

Хотя технология фемтосекундного лазерного бурения обладает такой волшебной силой, ее разработка также очень сложна, особенно в усилиях по системной интеграции и разработке технологий, возникают различные трудности, а выходная мощность также ограничена. Кроме того, как сформировать полный набор микропористой промышленности обработки также является проблемой во всем мире. Однако благодаря усилиям китайских ученых мы не только осознали практичность и интеграцию системы, но также изобрели технологию обработки шнеков, которую можно индивидуально настроить с помощью различных форм микропор, которые, можно сказать, являются ведущими. положение в мире.

В настоящее время, с постепенным обновлением стандартов выбросов в автомобильной промышленности в стране и за рубежом, проблемы для производителей форсунок и их OEM-производителей становятся все более и более серьезными. Традиционные круглые отверстия не могут удовлетворить потребности клиентов. Производители постоянно ищут и разрабатывают специальные и новые формы форсунок, отвечающие требованиям. Гибкость и преимущества фемтосекундной лазерной обработки становятся все более очевидными.

Специальные и новые формы распылительных отверстий