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(yè)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(fā)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(fā)動機提高燃燒效率，產生高達20%的燃料節(jié)省率。激光也不會受發(fā)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(fā)動機或是豪華轎車的較大型發(fā)動機，都能運用這項技術。

　　激光在1s內發(fā)出了無數(shù)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(xiàn)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(xù)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(fā)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(jīng)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(yōu)勢，短與超短脈沖激光器進入到工業(yè)生產應用當中。

　　超快激光微納加工的產業(yè)應用，包括消費電子、生物醫(yī)療、航空航天、智能產業(yè)等。尤其是隨著智能時代的來臨，人工智能AI、5G通信、物聯(lián)網(wǎng)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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