01 Inngangur
Á undanförnum áratug hafa verulegar framfarir átt sér stað í rannsóknum á ofurhröðum púlsleysum, sem hefur bætt vinnslustöðugleika og sveigjanleika þeirra. Þrátt fyrir að vinnslugæði öfgahraðra púls leysira geti mætt þörfum margra forrita, er enn skortur á framleiðsluhagkvæmni fyrir atburðarás fyrir iðnaðarnotkun þegar öfgahraðir púls leysir (USP) eru notaðir til vinnslu. Það eru tvær aðferðir til að auka USP vinnslu: 1) með því að auka púlsorku; 2) með því að auka endurtekningartíðni púls. Framleiðsluhagkvæmni efnisvinnslu með USP leysir ætti að keppa við aðra tækni, svo vísindamenn hafa lagt gríðarlega mikið á sig í leysirorkustjórnun umfram leysirinn sjálfan. Ýmis vélræn og sjónræn kerfi eru notuð til að stjórna staðsetningu, stefnu og lögun leysigeisla á vinnustykkinu.
02 Titringsspegill og marghyrningaskanni
Öflugasta og þægilegasta hraða staðsetningin á leysigeislanum er náð með því að nota galvanometerskanni, sem hallar tveimur speglum nánast án tregðu í lóðrétta átt. Nútíma galvanometerskannar með f-þetalinsu með 160 mm brennivídd geta hreyft leysigeislann á 20 m/s hraða innan 100 mm x 100 mm sjónsviðs. Við slíkan hraða verður það krefjandi að samstilla leysipúlsinn við hreyfingu leysigeislans. Marghyrningsskannarar eru mikið notaðir til myndatöku og strikamerkjalesturs og eru þeir enn nýir á sviði efnisvinnslu. Þeir geta fært leysigeislann yfir yfirborð vinnustykkisins á 100–1000 m/s hraða. Samstilling USP leysirpúlsa við mjög stöðugan snúning marghyrningsins er krefjandi. Með því að sameina marghyrningaskanna með eins-ás galvanometerskanna var þróaður hraður tveggja-víddar skanni (Mynd 1). Dreifing samfelldra leysirpúlsa yfir allt leysivinnslusvæðið aftengir hitauppsöfnun og plasmahlífðaráhrif.
03 Mótun leysigeisla
Flestir leysir gefa frá sér geisla með Gauss-geislasniði. Styrkurinn er hár í miðju geislans og lægri við brúnirnar. Þessi staðbundna orkudreifing er ekki gagnleg fyrir mörg forrit, sérstaklega í þunnfilmuvinnslu. Aðferðir við mótun og einsleitni leysigeisla geta fínstillt lögunina fyrir margs konar leysiefnisvinnsluforrit. Diffractive optical elements (DOEs) geta umbreytt hringlaga Gaussgeisla í rétthyrndan topp-hattgeisla, þar sem stór hluti af þvermáli geislans heldur styrkleikanum og gefur þannig leysigeislaform sem hentar ferlinu, eins og sýnt er á mynd 2.
Sveigjanlegur valkostur til að móta leysigeisla er að nota staðbundna ljósmótara (SLM) byggða á pixlaðri tækjum með rafkveiktum fljótandi kristöllum. Tölvu-mynduð heilmyndir eru sendar til SLM stýrir rafeindabúnaðarins til að stilla fasa eða amplitude grímur fyrir leysigeislann. SLM, í tengslum við femtósekúndu leysira, myndar marga dreifða geisla fyrir samhliða vinnslu, sem eykur umtalsvert afköst hár-nákvæmni örbyggingar kísils og títan málmblöndur um meira en tífalt.
Mynd 2. Styrktardreifing ferhyrndra topps leysigeisla sem myndast með FBS og kúlulaga linsu (hægri), mæld með CCD myndavél. Inntaksgeislasniðið er sýnt til vinstri. Meðalúttak leysir er 12 W.
04 Fjöl-geislakerfi
Notkun aflmikilla USP leysira með háum púlsendurtekningarhraða á MHz bilinu getur leitt til vandamála í hitauppstreymi, svo sem ofhitnun og bræðslumyndun, sem getur dregið úr gæðum brottnáms. Til að ná háum eyðingargæðum þarf vandlega samsvörun allra ferlisbreyta, en mikill geislabeygjuhraði háþróaðra galvanómetra eða marghyrningaskanna veitir ekki alltaf nákvæmar ör-vinnslulausnir. Í þessu tilviki bjóða margir leysigeislar upp á fjölhæfa hárafleyðingarlausn, eins og sýnt er á mynd 3, sem sýnir niðurstöður samhliða vinnslu með því að nota rist sem búið er til með Dammann-risti til að mynda diffraction 1×5 og 5×5 geislafylki.
Mynd 3. (a) Þegar G1=0 og G2=125 sá leysiprófílmælir (Spiricon) 1 × 5 (vinstri) og 5 × 5 (hægri) fylki. (b) Blindgöt voru unnin á slípuðum Ti64 sýnum með því að setja á 1 × 5 (vinstri) og 5 × 5 (hægri) Dammann-rist (G1=0, G2=125).
05 Samantekt
Ofurstuttir púlsleysir mynda samhangandi ljóspúlsa með púlstíma á bilinu picoseconds til femtoseconds, og verða sífellt vinsælli í nákvæmni leysir ör-örvinnslu. Þeir njóta ekki aðeins góðs af góðri fyrirsjáanlegri leysireyðingu sem bælir hita-svæðið sem verður fyrir áhrifum heldur einnig af auknum ólínulegum samskiptum við efni, sem opnar nýja vinnslumöguleika, sérstaklega með gagnsæjum efnum. Í stuttu máli hefur þróun ultrashorts púlsleysis í raun stuðlað að hagræðingu á brottnámsferlinu.
