في التصنيع المتقدم الحديث، لم تعد الليزر مجرد أدوات قطع، بل هي أدوات مادية تعمل على نطاقات زمنية محددة.مع تطور المواد الهندسية من السيليكون والصلب إلى الزفير، الماس، السيراميك، أشباه الموصلات واسعة النطاق، والسبائك عالية درجة الحرارة، مدة نبض الليزر تصبح العامل المهيمن الذي يحدد جودة التصنيع.
نظامين للنبضات يهيمنان على معالجة الليزر الصناعية اليوم:
ليزر نانوسيكوند (ns) و ليزر بيكوسيكوند (ps).
الفرق بينهما ليس متزايدًا، بل يمثل تغييراً أساسياً في كيفية إزالة المادة.
تعمل الليزر النانوسانية عادةً مع أبعاد نبضات تتراوح بين 1 و 100 ns. في هذا المقياس الزمني، يتبع تفاعل الليزر المادة مسارًا حراريًا كلاسيكيًا:
امتصاص الفوتونات → إثارة الإلكترونات → تسخين الشبكة → الذوبان → التبخير → إعادة التجمد
بمعنى آخر، يتم إزالة المادة عن طريق الذوبان والغليان.
تعمل هذه الآلية بشكل جيد للقطع واللحام الكلي، ولكنها تقدم قيود شديدة في المعالجة الدقيقة الدقيقة، وخاصة للمواد الهشة أو القاسية للغاية.وقت التفاعل الطويل يسمح للحرارة بالانتشار في الشبكة المحيطة، تنتج:
منطقة متأثرة بالحرارة (HAZ)
طبقات إعادة الصب من المواد المصهر
الإجهاد الحراري والشقوق الصغيرة
عند معالجة الياقوت، الياقوت، الماس، السيراميك، أو سي سي، ليزر النانو ثانية غالبا ما يسبب شق الحافة، الشقوق،وفقدان التحكم في الأبعاد، أشباه الموصلات، والأجهزة الميكرو ميكانيكية.
تعمل الليزر بيكوسكوند عند أبعاد النبض من 1 ′′ 50 ps ′′ ثلاث أوامر من الحجم أقصر من أنظمة النانوسكوند.هذه المدة أقصر من الوقت المميز المطلوب لنقل الطاقة من الإلكترونات المثيرة إلى الشبكة البلورية.
ونتيجة لذلك، يضع الليزر طاقته قبل أن يتشكل الحرارة.
التفاعل يصبح:
امتصاص الفوتونات → التأين السريع جداً → تشكيل البلازما → كسر الروابط → الطرد المباشر للمادة
تعرف هذه العملية باسم الإزالة غير الحرارية (أو الباردة). لا يتم ذوبان المواد ، بل يتم تفكيكها جسديًا على المستوى الذري.
هذا يؤدي إلى نتائج مختلفة بشكل كبير:
| الممتلكات | ليزر ثانوية نانوية | ليزر بيكوسكوند |
|---|---|---|
| المنطقة المتأثرة بالحرارة | 10 ‰ 30 ميكرومتر | < 1 ميكرومتر |
| طبقة إعادة صياغة | مهمة | لا شيء تقريباً |
| الشقوق والشظايا | شائعة | الحد الأدنى |
| جودة الحافة والثقب | متضررة بالذوبان | نظيفة و حادة |
| استقرار العملية | محدودة | قابلة للتحكم بشدة |
بالنسبة للمواد الصلبة للغاية والهشة، توفر الليزر بيكوسكوند مستوى من التحكم الذي لا يمكن لليزر النانوسكوند ببساطة الوصول إليه.
في الهندسة الحديثة ، لم تعد الحفرة مجرد فتحة ، بل هي بنية وظيفية. يتم استخدام الثقوب الصغيرة في:
قنوات غازية وشبكات غازية نصف موصلة
المفتاحات البصرية ومجموعات العدسات الدقيقة
أنظمة تحمل الهواء والسوائل
فوهات الدقة وقنوات التبريد
هذه الثقوب غالبا ما تكون قطرها بضعة ميكرون فقط ويجب أن تحافظ على احتمالات ضيقة في التدريج والعمق وسلامة الحافة. حتى عدد قليل من الميكرونات من الضرر الحراري يمكن أن يدمر الأداء.
ولأن الليزر النانوي الثاني يعتمد على الذوبان، فإنه يكافح لإنتاج مثل هذه الهياكل في الياقوت، الماس، السيراميك، أو SiC دون التسبب في الشقوق أو التشوهات.إزالة المواد عن طريق الإزالة غير الحرارية، مما يتيح الهياكل الدقيقة الوظيفية الحقيقية على نطاق ميكرون.
ميزة الليزر بيكوسكوند لا تأتي من الليزر وحده، فهي تعتمد على الحركة والتحكم والنظام البصري بأكمله. تتطلب التصنيع الصناعي بيكوسكوند:
حركة متزامنة متعددة المحاور
دقة تحديد الموقع على مستوى الميكرون
مسارات أدوات قابلة للبرمجة (G-code أو CAD-based)
الموازنة والرصد البصري في الوقت الحقيقي
تضم منصات الحفر الدقيقة الحديثة لـ picosecond التحكم في الحركة بأربعة محاور، وأنظمة رؤية CCD عالية التكبير، والتحكم الرقمي في قطر الحفرة وعمقها وشكلها.هذه الميزات تسمح للمزايا الفيزيائية للنبضات بيكوسكوند ليتم ترجمتها إلى نبضات قابلة للتكرار، قدرة التصنيع على مستوى الإنتاج.
الاختلاف بين الليزر النانوسيكندية والليزر البيكوسيكندية ليس ببساطة السرعة، بل هو ما إذا كان يتم إزالة المواد عن طريق الحرارة أو الفيزياء فائقة السرعة.
مع تقدم الهندسة نحو البصريات الزعفرانية، وأدوات الماس، والمكونات السيراميكية، وأساسيات أشباه الموصلات واسعة النطاق، تصل المعالجة الحرارية إلى حدودها.ليزر بيكوسكوند يمثل الانتقال من المعالجة الحرارية إلى هيكلة المواد الدقيقة غير الحرارية.
في هذا المعنى، معالجة الليزر بيكوسكوند ليست مجرد أداة أفضل، بل هي نظام مادي جديد للتصنيع نفسه.
في التصنيع المتقدم الحديث، لم تعد الليزر مجرد أدوات قطع، بل هي أدوات مادية تعمل على نطاقات زمنية محددة.مع تطور المواد الهندسية من السيليكون والصلب إلى الزفير، الماس، السيراميك، أشباه الموصلات واسعة النطاق، والسبائك عالية درجة الحرارة، مدة نبض الليزر تصبح العامل المهيمن الذي يحدد جودة التصنيع.
نظامين للنبضات يهيمنان على معالجة الليزر الصناعية اليوم:
ليزر نانوسيكوند (ns) و ليزر بيكوسيكوند (ps).
الفرق بينهما ليس متزايدًا، بل يمثل تغييراً أساسياً في كيفية إزالة المادة.
تعمل الليزر النانوسانية عادةً مع أبعاد نبضات تتراوح بين 1 و 100 ns. في هذا المقياس الزمني، يتبع تفاعل الليزر المادة مسارًا حراريًا كلاسيكيًا:
امتصاص الفوتونات → إثارة الإلكترونات → تسخين الشبكة → الذوبان → التبخير → إعادة التجمد
بمعنى آخر، يتم إزالة المادة عن طريق الذوبان والغليان.
تعمل هذه الآلية بشكل جيد للقطع واللحام الكلي، ولكنها تقدم قيود شديدة في المعالجة الدقيقة الدقيقة، وخاصة للمواد الهشة أو القاسية للغاية.وقت التفاعل الطويل يسمح للحرارة بالانتشار في الشبكة المحيطة، تنتج:
منطقة متأثرة بالحرارة (HAZ)
طبقات إعادة الصب من المواد المصهر
الإجهاد الحراري والشقوق الصغيرة
عند معالجة الياقوت، الياقوت، الماس، السيراميك، أو سي سي، ليزر النانو ثانية غالبا ما يسبب شق الحافة، الشقوق،وفقدان التحكم في الأبعاد، أشباه الموصلات، والأجهزة الميكرو ميكانيكية.
تعمل الليزر بيكوسكوند عند أبعاد النبض من 1 ′′ 50 ps ′′ ثلاث أوامر من الحجم أقصر من أنظمة النانوسكوند.هذه المدة أقصر من الوقت المميز المطلوب لنقل الطاقة من الإلكترونات المثيرة إلى الشبكة البلورية.
ونتيجة لذلك، يضع الليزر طاقته قبل أن يتشكل الحرارة.
التفاعل يصبح:
امتصاص الفوتونات → التأين السريع جداً → تشكيل البلازما → كسر الروابط → الطرد المباشر للمادة
تعرف هذه العملية باسم الإزالة غير الحرارية (أو الباردة). لا يتم ذوبان المواد ، بل يتم تفكيكها جسديًا على المستوى الذري.
هذا يؤدي إلى نتائج مختلفة بشكل كبير:
| الممتلكات | ليزر ثانوية نانوية | ليزر بيكوسكوند |
|---|---|---|
| المنطقة المتأثرة بالحرارة | 10 ‰ 30 ميكرومتر | < 1 ميكرومتر |
| طبقة إعادة صياغة | مهمة | لا شيء تقريباً |
| الشقوق والشظايا | شائعة | الحد الأدنى |
| جودة الحافة والثقب | متضررة بالذوبان | نظيفة و حادة |
| استقرار العملية | محدودة | قابلة للتحكم بشدة |
بالنسبة للمواد الصلبة للغاية والهشة، توفر الليزر بيكوسكوند مستوى من التحكم الذي لا يمكن لليزر النانوسكوند ببساطة الوصول إليه.
في الهندسة الحديثة ، لم تعد الحفرة مجرد فتحة ، بل هي بنية وظيفية. يتم استخدام الثقوب الصغيرة في:
قنوات غازية وشبكات غازية نصف موصلة
المفتاحات البصرية ومجموعات العدسات الدقيقة
أنظمة تحمل الهواء والسوائل
فوهات الدقة وقنوات التبريد
هذه الثقوب غالبا ما تكون قطرها بضعة ميكرون فقط ويجب أن تحافظ على احتمالات ضيقة في التدريج والعمق وسلامة الحافة. حتى عدد قليل من الميكرونات من الضرر الحراري يمكن أن يدمر الأداء.
ولأن الليزر النانوي الثاني يعتمد على الذوبان، فإنه يكافح لإنتاج مثل هذه الهياكل في الياقوت، الماس، السيراميك، أو SiC دون التسبب في الشقوق أو التشوهات.إزالة المواد عن طريق الإزالة غير الحرارية، مما يتيح الهياكل الدقيقة الوظيفية الحقيقية على نطاق ميكرون.
ميزة الليزر بيكوسكوند لا تأتي من الليزر وحده، فهي تعتمد على الحركة والتحكم والنظام البصري بأكمله. تتطلب التصنيع الصناعي بيكوسكوند:
حركة متزامنة متعددة المحاور
دقة تحديد الموقع على مستوى الميكرون
مسارات أدوات قابلة للبرمجة (G-code أو CAD-based)
الموازنة والرصد البصري في الوقت الحقيقي
تضم منصات الحفر الدقيقة الحديثة لـ picosecond التحكم في الحركة بأربعة محاور، وأنظمة رؤية CCD عالية التكبير، والتحكم الرقمي في قطر الحفرة وعمقها وشكلها.هذه الميزات تسمح للمزايا الفيزيائية للنبضات بيكوسكوند ليتم ترجمتها إلى نبضات قابلة للتكرار، قدرة التصنيع على مستوى الإنتاج.
الاختلاف بين الليزر النانوسيكندية والليزر البيكوسيكندية ليس ببساطة السرعة، بل هو ما إذا كان يتم إزالة المواد عن طريق الحرارة أو الفيزياء فائقة السرعة.
مع تقدم الهندسة نحو البصريات الزعفرانية، وأدوات الماس، والمكونات السيراميكية، وأساسيات أشباه الموصلات واسعة النطاق، تصل المعالجة الحرارية إلى حدودها.ليزر بيكوسكوند يمثل الانتقال من المعالجة الحرارية إلى هيكلة المواد الدقيقة غير الحرارية.
في هذا المعنى، معالجة الليزر بيكوسكوند ليست مجرد أداة أفضل، بل هي نظام مادي جديد للتصنيع نفسه.
