1. Réamhrá Páipéir
I ndéantúsaíocht breiseán (AM), is féidir léasair ultrashort pulse (USP) a úsáid chun ábhair éagsúla a phróiseáil agus d'fhéadfadh laghdú a dhéanamh ar mhéid agus ar chruth na gcodanna a mhonaraítear ag baint úsáide as an teicneolaíocht seo. Léiríonn an obair seo gur rogha inmharthana iad léasair USP ar chomhleá leaba púdair léasair (LPBF), go háirithe nuair a bhíonn gá le cruinneas níos airde i ndéanamh páirteanna ríthábhachtacha áirithe. Bhain an staidéar amach na torthaí a bhí ag teastáil trí úsáid a bhaint as cáithníní púdair déanta as cruach dhosmálta saincheaptha agus féin{-, agus sraitheanna cearnacha comhsheasmhacha déanta trí shraith de pharaiméadair phróisis optamaithe.
Deimhníonn an staidéar seo go bhfuil ról ríthábhachtach ag paraiméadair phróisis agus an cineál léasair seo á n-úsáid, toisc go bhféadfadh leá neamhiomlán a bheith mar thoradh ar dhialltaí beaga in aon pharaiméadar amháin. Baineadh amach leá ag rátaí íseal athrá bíog (500 kHz) agus meánluachanna ísealchumhachta léasair (0.5–1 W) tríd an luas scanadh a laghdú chun carnadh teasa a ghiniúint. Osclaíonn sé seo féidearthachtaí chun íosmhéid na gcodanna a laghdú tuilleadh agus tá sé suntasach nuair a úsáidtear léasair USP in AM.
2. Forbhreathnú Téacs Iomlán
Le forbairt na teicneolaíochta déantúsaíochta breiseán, tá ionchais iarratais leathan ag léasair femtosecond i bpróiseáil léasair cruach dhosmálta 316L. Déanann an páipéar seo achoimre agus tugtar isteach páipéar taighde ar staidéar a dhéanamh ar pharaiméadair phróisis i bpróiseáil léasair femtosecond de chruach dhosmálta 316L. Ba é príomhchuspóir an taighde seo imscrúdú a dhéanamh ar éifeachtaí paraiméadair phróisis cosúil le cumhacht léasair, méid na gcáithníní púdar, luas scanadh, agus achar scáthlíne ar cháilíocht agus ar fheidhmíocht an ábhair phróiseáilte, d'fhonn coinníollacha próiseála a bharrfheabhsú.
Sa staidéar, thug an fhoireann taighde isteach ar dtús ar shaintréithe agus infheidhmeacht cruach dhosmálta 316L agus rinne siad mionléiriú ar phrionsabail agus ar phróisis próiseála léasair femtosecond. Ina dhiaidh sin, dhírigh siad ar thionchar na bpríomhpharaiméadair phróisis cosúil le cumhacht léasair, méid na gcáithníní púdar, luas scanadh, agus achar scáthlíne ar cháilíocht phróiseála.
Trí thaighde turgnamhach, chinn an fhoireann taighde raon cumhachta léasair oiriúnach chun ablation iomarcach agus damáiste ábhartha a sheachaint. Rinne siad staidéar freisin ar éifeacht méideanna éagsúla na gcáithníní púdair ar cháilíocht phróiseála, rud a d'aimsigh go bhféadfadh méideanna cáithníní púdar níos míne rialú níos fearr ar linnte leáite agus cruinneas foirmithe níos airde a bhaint amach. Ina theannta sin, rinne an fhoireann taighde iniúchadh ar na héifeachtaí a bhaineann le luas scanadh agus achar scáthlíne ar cháilíocht dromchla agus ar éifeachtúlacht próiseála na gcomhpháirteanna. Trí luas an scanadh agus an t-achar scáthlíne a choigeartú, d'éirigh leo lochtanna dromchla agus foirmiú neamhní a laghdú, agus feabhas a chur ar cháilíocht agus ar éifeachtúlacht próiseála.
Mar fhocal scoir, phléigh an fhoireann taighde na hionchais iarratais ar léasair femtosecond i bpróiseáil léasair cruach dhosmálta 316L, agus chuir siad in iúl na dúshláin atá ann i dtreonna taighde reatha agus forbartha sa todhchaí.
3. Anailís Ghrafach Is féidir le léasair cuisle ultra-ghearr (USP) leithead bíge an-ghearr a ghiniúint, go hiondúil laistigh den scála ama idir femtoseconds (10⁻¹⁵ soicind) go piceasoicindí (10⁻¹² soicind). Tá prionsabal na léasair USP bunaithe ar éifeachtaí optúla neamhlíneacha agus ar theicneolaíocht optaic ultrafast.
Is é croí-chomhpháirt léasair USP cuas athshondach léasair, lena n-áirítear meán léasair (cosúil le criostail Nd:YAG nó criostail Ti: sapphire) agus meán gnóthachain léasair (cosúil le dé-óid léasair nó splanclampa) a aimplíonn an solas.
Baintear amach an próiseas aimplithe léasair trí astú spreagtha. Faoi ghníomhaíocht na foinse excitation (cosúil le dé-óid léasair nó lampa splanc), tá adaimh nó iain sa mheán léasair ar bís go leibhéal ard fuinnimh. Nuair a fhilleann siad ar an mbunstaid, scaoileann siad fótóin trí astú spreagtha. Léirítear na fótóin seo anonn is anall sa chuas athshondach, méadaithe ag an meán gnóthachain, agus ar deireadh cruthaíonn siad aschur léasair cumhachtach.
Tá an léasair USP in ann bíoga ultrashorta a ghiniúint trí úsáid a bhaint as éifeachtaí neamhlíneacha an tsolais agus optaic ultrafast. Sa mheán léasair, spreagann iomadú solais éifeachtaí neamhlíneacha amhail féinmhodhnú céime agus athraonadh optúil neamhlíneach. Cruthaíonn na héifeachtaí seo athruithe sa speictream cuisle, rud a fhágann go bhfuil sé níos leithne. Trí eilimintí optúla neamhlíneacha (cosúil le minicíocht-criostail nó snáithíní optúla a dhúbailt) a thabhairt isteach sa chuas athshondach, is féidir an speictream bíge a mhodhnú tuilleadh, é a chaolú agus bíoga ultraghearr a fhoirmiú.
Ina theannta sin, úsáideann an léasair USP optaic ultrafast chun comhbhrú bíge a bhaint amach. Trí úsáid a bhaint as eilimintí cosúil le grátálacha, snáithíní optúla, agus criostail neamhlíneacha, is féidir an chuisle a chomhbhrú in am, leithead bíge a bhaint amach sa raon femtosecond agus picosecond.
Taispeánann Figiúr 1 an éabhlóid teochta faoi luachanna cumhachta léasair éagsúla. Nuair a bhíonn an luach cumhachta ró-ard (cuar dearg), tá an teocht níos mó ná an tairseach le haghaidh leá agus ablation; agus nuair a bhíonn an luach cumhachta ró-íseal (cuar glas), ní shroicheann an teocht an tairseach leá. Ag an luach cumhachta is fearr (cuar gorm), is leor an teocht chun an t-ábhar a leá gan ablation a dhéanamh.
Tá Ceit in ann púdair mhiotail saincheaptha a sholáthar do AM. Ag baint leasa as an mbuntáiste seo, tá Ceit tosaithe ag baint úsáide as a gcáithníní púdar miotail adamhach gáis monaraithe féin. Chun imscrúdú a dhéanamh ar éifeacht mhéid na gcáithníní púdar ar na torthaí, roghnaíodh agus ainmníodh dhá mhéid púdar difriúil, in ord, púdar garbh (dáileadh méid na gcáithníní 20-45µm) agus púdar fíneáil (<20µm particle size distribution) to distinguish them, as shown in Figure 2.
Chun aghaidh a thabhairt ar an dúshlán a bhaineann leis an sil-leagan púdar mín inmhianaithe a bhaint amach, rinneadh cóireáil léasair ar dhromchla an tsubstráit ar dtús chun a gharbh a mhéadú agus an greamaitheacht idir an tsubstráit agus an púdar a fheabhsú. Tar éis an phróisis ablation léasair, rinneadh próifíliú ar an limistéar cóireáilte ag baint úsáide as próifíliméadar optúil 3D (Sensofar S Neox), rud a thugann luach Sa de 3.3 µm agus doimhneacht 51.499 µm. Cuireadh an chéad chiseal i bhfeidhm ansin ar an limistéar seo ag baint úsáide as lann gan grooves, rud a ligeann don púdar an tsubstráit a líonadh agus cloí leis. Ina dhiaidh sin, cuireadh sraitheanna ina dhiaidh sin i bhfeidhm ag baint úsáide as meascán de lanna le grooves breise, ag déanamh struchtúir suas go dtí 250 µm tiubh. Bhain an modh seo tiús ciseal aonfhoirmeach amach: 100 agus 200 µm do phúdair garbh agus 50 µm do phúdair mhín. Rinneadh an próiseas sciath púdar ag baint úsáide as lann, mar a thaispeántar i bhFíor 3.
Agus léasair USP á gcur i bhfeidhm ar AM, is dúshlán mór é ardfhuinneamh bíoga léasair femtosecond a sheachadadh chuig púdair miotail chun iad a leá agus ablation a sheachaint. Tarlaíonn ablation má tá an chumhacht ró-ard nó má tá an ráta seachadta mícheart. Is féidir ablation tarlú sna cáithníní púdar nó an tsubstráit. Is é is cúis leis an dara ceann ná cáithníní a dhíbirt as an limistéar próiseála isteach sa limistéar blaistithe máguaird, mar a thaispeántar i bhFíoracha 4a) go c).
Trí laghdú a dhéanamh ar an gcumhacht faoi bhun uasluach inghlactha an raoin ablation, is féidir trasdul measartha tapa ó fhoshraith go hiomlán gan aon éifeacht ar an tsubstráit nó ar an bpúdar a fheiceáil. Tá sé seo an-chomhsheasmhach leis na torthaí a fuair Groenendick agus Mayer ina gcuid turgnaimh. Bíonn an t-aistriú seo ann freisin nuair a bhíonn bíoga níos faide á n-úsáid, ach tá fuinneog an phróisis i bhfad níos cúinge i gcás bíoga femtosecond. I dturgnaimh ag baint úsáide as púdair mhíne, thángthas ar theorainn níos ísle freisin nach bhfuil aon tionchar ar an bpúdar faoina bhun. Sa chás seo, breathnaíodh torthaí cosúil leo siúd a breathnaíodh i bhFíor 4-d) nuair a bhí an chumhacht faoi bhun 0.5 W. Nuair a mhéadaigh an chumhacht os cionn an luacha seo, thosaigh an púdar ag leá, agus comhiomlánaíodh na cáithníní chun sféir níos mó a fhoirmiú.
Ar dtús, coigeartaíodh an chumhacht léasair go dtí teorainn níos ísle an phróisis fhuinneog, ag baint úsáide as luachanna cumhachta 0.68W agus 0.765W. Ansin, laghdaíodh an luas scanadh ó 5mm/s go dtí an luach is ísle is féidir. Don chéad tástáil, d'úsáidamar 0.68W. De réir mar a mhéadaigh líon na bíoga in aghaidh an aonaid, tháinig méadú ar an carnadh teasa, thosaigh an púdar miotail ag leá, chloígh cáithníní lena chéile, agus foirmíodh cáithníní níos mó trí cheirtleán.
I bhFíor 6, nuair a laghdaíodh an luas scanadh go dtí leath a luach bunaidh, is féidir linn méadú ar mhéid na gcáithníní a fheiceáil, rud a fhágann go gcruthófar ceirtleáin púdair níos mó i réimse an phróisis. Mhéadaigh Sa ó 5.43µm go 6.75µm mar gheall ar an méadú seo ar mhéid. Os a choinne sin, sa turgnamh a rinneadh ag 0.765W, tháinig laghdú beag ar Sa ó 6.89 µm de bharr laghdú ar an luas scanadh. Ag an dá leibhéal cumhachta, bhí torthaí níos fearr ag laghdú an luas scanadh, ag laghdú an luach Sa go 3.9–4.1µm. Is é an fáth atá leis seo ná de réir mar a thagann laghdú ar an luas, go mbíonn claonadh ag na ceirtleáin le chéile i sraith amháin, rud a fhágann go mbíonn struchtúr níos comhionainne acu.
