聯(lián)合納秒和皮秒激光脈沖能夠制作出功能表面

在汽車制造工業(yè)，越來(lái)越多的表面需要進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理。德國(guó)激光材料方面研究機(jī)構(gòu)，弗勞恩霍夫協(xié)會(huì)激光技術(shù)研究所表示，無(wú)論這種微結(jié)構(gòu)是應(yīng)用于氣缸還是儀表盤，功能表面都將是一種趨勢(shì)。

該研究所正進(jìn)行一個(gè)名為eVerest的研究項(xiàng)目，擬開發(fā)出一套激光儀器，從而實(shí)現(xiàn)用超短皮秒和納秒激光脈沖在大塊材料表面進(jìn)行微結(jié)構(gòu)處理。該項(xiàng)目意圖提供“幾乎無(wú)限”的制造精度。研究小組表示：“激光最適合于完成這項(xiàng)任務(wù)，能夠確保生產(chǎn)的精度。”

通過(guò)皮秒激光輻射產(chǎn)生的工藝結(jié)構(gòu)在汽車工業(yè)有越來(lái)越多的應(yīng)用。研究小組認(rèn)為：“超短脈沖激光已經(jīng)成為微結(jié)構(gòu)制作工具很多年了。無(wú)論什么材料表面，超短脈沖激光都能高精度地制作微米尺寸的結(jié)構(gòu)。唯一的不足就是在同一制作工藝中脈沖激光需要用到多次。”

截至目前，這一問(wèn)題的解決辦法是用多個(gè)激光光源，快速掃描或者將激光束分成多束。激光技術(shù)研究所與其他機(jī)構(gòu)聯(lián)合開展的一項(xiàng)研究-工業(yè)聯(lián)合項(xiàng)目，將合作開發(fā)出新的解決法案，制作一種材料激光加工裝置。其中超短脈沖激光嚴(yán)格用于制作最精細(xì)部分，而剩余的部分由納秒激光提前制備好。

汽車部件

基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由納秒脈沖完成，而精細(xì)部分由皮秒脈沖完成

只要朝汽車內(nèi)部掃視一下，你就能區(qū)分出各種細(xì)節(jié)。激光技術(shù)研究所在一份項(xiàng)目報(bào)告中表示：“在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里，皮革是汽車內(nèi)部的主要部分?，F(xiàn)在精細(xì)的工藝結(jié)構(gòu)越來(lái)越受歡迎，這其中許多的3D結(jié)構(gòu)是通過(guò)注塑成型的方法制作完成的。”

而這些具有微米尺寸結(jié)構(gòu)的模具是用光催化刻蝕的方法制作的。這個(gè)制作過(guò)程一次又一次的重復(fù)，而工藝重復(fù)的過(guò)程中需要具有高超的技藝以保證重復(fù)性。

這個(gè)工作也可以用激光來(lái)完成，特別是納秒激光可以達(dá)到與傳統(tǒng)刻蝕工藝相同的產(chǎn)率。但是對(duì)于更精細(xì)的結(jié)構(gòu)，納秒激光就達(dá)到極限了，它會(huì)開始造成材料的熔融，從而導(dǎo)致粗糙的輪廓，尤其是那些錯(cuò)綜復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。

皮秒與納秒結(jié)合

雖然超短脈沖激光發(fā)出的納秒脈沖不能達(dá)到令人滿意的產(chǎn)率，但是它們可以用于超精密的刻蝕。將皮秒和納秒脈沖相結(jié)合正是eVerest研究項(xiàng)目的目標(biāo)。

該項(xiàng)目由德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部門資助，致力于開發(fā)出一套完整的設(shè)備，用于大幅3D模具結(jié)構(gòu)表面的高效制備。

項(xiàng)目開始于2016年，預(yù)計(jì)持續(xù)到2018年末，由兩所大學(xué)的研究人員組成，同時(shí)還有工業(yè)合作伙伴。激光器制造商、系統(tǒng)整合商以及汽車原始設(shè)備制造商將加入這個(gè)合作計(jì)劃，從而能開發(fā)出一套完整的解決方案，從軟件、激光器到機(jī)器成型，最終將實(shí)現(xiàn)8軸同時(shí)處理。

工藝結(jié)構(gòu)在汽車工業(yè)有越來(lái)越多的應(yīng)用

非專家操作

項(xiàng)目的一個(gè)重要目標(biāo)是將來(lái)不需要專門的技術(shù)專家來(lái)操作這個(gè)機(jī)器。再也不需要上述刻蝕工藝那樣靈巧的技藝，這將會(huì)是顯著的進(jìn)步。當(dāng)然，最終目標(biāo)是通過(guò)精確控制激光實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。

雖然這個(gè)工藝已經(jīng)在合作伙伴大眾公司運(yùn)行，但是它的應(yīng)用領(lǐng)域遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)汽車工業(yè)。無(wú)論是用于制作印刷工業(yè)的壓紋輥?zhàn)舆€是制作風(fēng)力渦輪機(jī)所用的大型轉(zhuǎn)軸，許多地方都需要功能結(jié)構(gòu)表面。