超短脈沖激光器在噴油嘴加工中的應用

更新時間：2022-01-04

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　　超短脈沖激光器技術的工業化應用和其他成熟的激光技術相比，尚處于初期階段，關鍵在于激光和材料之間的相互周期。在冷加工領域里，材料和激光的相互周期是10皮秒以下，與打標和燒蝕相比，相互周期短了近1000倍。轉瞬間，材料因為受到高能量密度的影響，而產生一個非線性吸收的效應，這是使材料瞬間升華。

　　在汽車發動機、柴油與汽油注射器的噴油嘴加工中，就利用了超短脈沖激光器，在噴油嘴上鉆出細微的小孔。激光能鉆出排列復雜以及非一致的細微孔徑。這種結構能使發動機提高燃燒效率，產生高達20%的燃料節省率。激光也不會受發動機級別的限制，是一種高柔性的制造工具。所以不論是城市小轎車所用的小型發動機或是豪華轎車的較大型發動機，都能運用這項技術。

　　激光在1s內發出了無數個脈沖，輻射在材料上。每個單脈沖都能幾乎不產生熱效應的去除材料。噴油嘴的孔徑一般在0.05–0.2mm之間。同時，不同的鉆孔工藝，包括沖擊鉆孔、螺旋鉆孔等，可以滿足不同的直徑需求，同時也能實現工差在1μm以內的高精度。超短脈沖激光鉆孔也基于冷加工的理念，在鉆孔過程中所產生的粉塵能輕易地使用排氣管吸走，不留下沉積物。因此超短脈沖能高效地鉆出高質量的孔，而不需后續加工。

　　當激光以皮秒量級的脈沖時間作用到材料上時，加工效果會發生顯著變化。隨著脈沖能量急劇上升，高功率密度足以剝離外層電子。由于激光與材料相互作用的時間很短，離子在將能量傳遞到周圍材料之前就已經從材料表面被燒蝕掉了，不會給周圍的材料帶來熱影響，因此也被稱為“冷加工”。憑借冷加工帶來的優勢，短與超短脈沖激光器進入到工業生產應用當中。

　　超快激光微納加工的產業應用，包括消費電子、生物醫療、航空航天、智能產業等。尤其是隨著智能時代的來臨，人工智能AI、5G通信、物聯網IoT對微型化、集成化、精密化提出了更高要求。超快激光微納加工能很好地滿足柔性材料、硬脆材料、復合材料的加工要求，因此能助力半導體晶片處理、天線加工、導波器件制備、傳感器件制備、OLED加工等應用。

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