作為一種精密制造工具，超短脈沖激光正在被越來越多的工業(yè)用戶廣泛接受。特別是因為該技術(shù)在近些年來取得的技術(shù)進步和成果，得以讓企業(yè)的生產(chǎn)力大大提高。在2020年10月9日舉行的弗勞恩霍夫協(xié)會年度會議上，一個來自工業(yè)研究領(lǐng)域的團隊獲得了合作研究科技促進獎。該團隊開發(fā)出的技術(shù)可將一束激光束分成16分束。這意味著16個并行的工具，可同時被控制以生成功能表面。

如今，激光加工不僅受到經(jīng)濟發(fā)展的驅(qū)動，也受到環(huán)境的影響。例如，精細的表面結(jié)構(gòu)通常使用壓花工具成型，然而傳統(tǒng)濕化學蝕刻工藝制造壓花工具，通常會對環(huán)境造成不利影響。為了提高生產(chǎn)效率，專家們試圖用激光直接燒蝕代替?zhèn)鹘y(tǒng)的濕蝕刻工藝，他們的愿景是讓生產(chǎn)技術(shù)可持續(xù)發(fā)展，同時又對環(huán)境友好。

目前，激光可以很容易地實現(xiàn)低至幾微米的加工精度。然而，與蝕刻工藝不同的是，激光是按順序加工相關(guān)結(jié)構(gòu)的。因此，單臺激光器對于大面積的加工效率還是太慢。并行使用多個激光系統(tǒng)的方案具有可行性，但缺點是費用過于昂貴。

面對“高效率生產(chǎn)精細結(jié)構(gòu)”這一行業(yè)愿景，來自Schepers GmbH&Co.KG的機械工程師Stephan Brüning博士和Matthews International GmbH的Gerald Jenke博士幾年前與弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的研究人員攜手合作。他們與EdgeWave GmbH Innovative Laser Solutions公司的Keming Du博士和LIMO GmbH的Manfred Jarczynski博士一起，在“光子學的基礎(chǔ)：功能表面和涂層”的框架下，向聯(lián)邦教育和研究部(BMBF)申請了項目資助。

整個價值鏈的可持續(xù)發(fā)展

在MultiSurf聯(lián)合項目中，ArnoldGillner博士與弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所的MartinReininghaus博士、JohannesFinger博士表示：“任何想要成功開發(fā)這種復雜技術(shù)的人都應該著眼于整個價值鏈，這需要多種多樣的技能，也意味著需要加強團隊合作?！?/p>

因此，一個跨公司、技術(shù)和研究所界限的團隊開發(fā)了利用激光器進行高效表面結(jié)構(gòu)加工的解決方案，其技術(shù)核心是平均功率為500W的新型超短脈沖激光器。一個特殊的光學器件將輸入的激光輻射分成多達16個分束，該技術(shù)甚至可以擴展到64個分束。這些光束由特殊的晶體單獨控制。光束矩陣被引導到待處理的工件表面后，根據(jù)需要快速打開和關(guān)閉光束以完成加工過程。同時，他們還對最佳材料燒蝕的精確參數(shù)進行了模擬，并與弗勞恩霍夫的專家們多年來獲得的工藝知識進行了比對。

科技無上限

基于Schepers Digilas機器的基礎(chǔ)，各部件被集成到一個新機器系統(tǒng)中。由于它很好地結(jié)合了加工質(zhì)量和速度，這臺機器超過了目前所有的壓印滾筒結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。它可能是世界上第一臺能夠以100mm3/min的燒蝕速度，對金屬進行超短脈沖激光微結(jié)構(gòu)加工的設備。

當然，這項技術(shù)可以應用在更廣泛的領(lǐng)域，例如其他輥對輥工藝的應用，電池和氫技術(shù)方面的應用也在討論中。對于周期結(jié)構(gòu)的燒蝕，弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所也開發(fā)了超過300個平行光束的燒蝕系統(tǒng)，但這些光束不能單獨控制。所有這些都是生產(chǎn)功能性表面新一代技術(shù)的一部分。當激光系統(tǒng)的功率進一步擴大時，未來甚至可以經(jīng)濟地加工更大的表面。例如，通過適當?shù)谋砻嫣幚?，可以降低風力渦輪機或飛機機翼的風阻。