초속 레이저가 머리카락의 직경을 격파하는 순간, 이미 천 번의 순환을 완성하였는데, 이러한 초빠르고 정밀한 특성은 현대 제조업의 경계를 재창조하고 있다.초고속 레이저 가공 기술은 정밀 제조 분야의 첨단 과학기술로서 그 독특한 초단 펄스와 초고봉 전력 특성으로 이미 마이크로미터 척도 가공의 성 도구가 되었다.스마트폰 화면의 이형 절단부터 심장 스텐트의 정밀 가공, 항공 우주 재료 처리부터 의료 장비 제조까지 초고속 레이저는'냉가공'의 장점으로 기존 제조의 한계를 돌파하고 있다.

01 초고속 레이저의 물리적 특성과 핵심 원리

초고속 레이저는 일반적으로 펄스 폭이 피초에서 비초급인 레이저 펄스를 가리킨다.1피초는 10조분의 1초이고 1피초는 피초의 1000분의 1이다.1피초 동안 빛은 머리카락의 직경에 해당하는 약 0.3mm만 전파할 수 있다.초고속 레이저의 핵심 가치는 재료와 상호 작용하는 독특한 메커니즘에 있습니다.레이저 펄스 폭이 피초 또는 비초 체급에 도달하면 레이저 에너지는 매우 짧은 시간 내에 재료를 주입하여 재료를 신속하게 기화시키고 열 확산 효과를 피하여 이른바'냉가공'을 실현한다.기존의 긴 펄스 레이저와 달리 초고속 레이저 가공 과정에서 재료가 가열된 후 초점 부피 내에서 녹여 주변 재료로 확산할 시간이 충분하지 않다.초속 레이저는 재료의 빠른 이온화를 유도할 수 있으며, 투사 영역의 재료를 플라즈마, 증기, 나노 액체의 혼합물로 직접 전환한 후 분사할 수 있으며, 가공 과정에서 발생하는 재료의 융화와 열 확산은 무시할 수 있다.투명 재료의 경우 초고속 레이저는 비선형 다광자 흡수를 통해 내부 가공을 실현합니다.밀도의 광자가 재료에 입사될 때, 단일 광자의 에너지가 재료 밴드 갭보다 작더라도 하나의 전자는 동시에 흡수되는 여러 광자에 의해 자극될 수 있는데, 이러한 비선형 흡수는 일반적으로 레이저 초점 근처에서만 발생하여 초고속 레이저가 투명한 재료 내부의 3차원 가공을 실현할 수 있도록 한다.

02 핵심기술 돌파 및 가공방법

초고속 레이저 가공의 주요 기술 수단은 초속 레이저 직사와 초속 레이저 병행 가공을 포함한다.초속 레이저 직사 기술은 마스크를 필요로 하지 않으며, 제어 빔 스캐닝을 통해 2차원 또는 3차원 성형 가공을 실현하며, 가공 해상도는 나노미터급에 달한다.펄스 직렬 기술은 최근 몇 년 동안의 중요한 혁신이다.초고속 레이저는 스텔스 절단, 레이저 유도 전방향 전이와 미세 용접 등 특수 가공 기술도 발전시켰다.스마트폰 화면 절단을 예로 들면, 초고속 레이저는 투명 재료 내부에서 미세한 균열을 유발하여 임의의 모양의 정밀 절단을 실현할 수 있으며, 전면 스크린, 앞머리 스크린, 물방울 스크린 등 다양한 형태의 가공 수요를 만족시킬 수 있다.

03 응용분야와 산업화 가치

전자 제조 분야에서 초고속 레이저는 이미 전면 스크린 핸드폰 절단의 핵심 도구가 되었다.의료 장비 제조는 초고속 레이저의 또 다른 중요한 응용 분야입니다.심장 스텐트 가공에서 전통적인 레이저는 가시가 많고 슬롯의 폭이 통일되지 않는 등의 문제가 존재하지만, 초속 레이저 가공의 심장 스텐트는 표면이 매끄러워 흉터 조직이 성장할 기회를 크게 줄이고 생물 상용성을 높인다.항공 우주 분야에서 초고속 레이저는 고온 합금, 열장벽 세라믹 등 가공하기 어려운 재료의 처리 난제를 해결했다.예를 들어, 비초 레이저 2단계 나선 드릴링법은 항공 엔진 날개 가스막 구멍의 고품질 가공을 실현할 수 있으며, 스파크, 미세 균열, 열 영향 구역 등의 결함이 없다.반도체 산업도 초고속 레이저 기술의 혜택을 받고 있다.

04 발전 추세와 미래 전망

초고속 레이저 원가가 낮아지고 지능화 수준이 높아짐에 따라 분야에만 사용되었던 이 기술은 점차 더 광범위한 산업 응용으로 나아가고 있으며 제조업의 전환 업그레이드에 핵심 동력을 제공하고 있다.실험실에서 산업화로 나아가는 데 초고속 레이저 가공 기술은 불과 20년밖에 걸리지 않았다.그것은 전통적인 기계 공구를 대체하여 제조된"정밀 메스"가 되어 가공 정밀도와 효율 경계를 끊임없이 향상시켰다.앞으로 아초레이저기술의 성숙과 산업화가 추진됨에 따라 초쾌속레이저가공은 량자통신, 생물의학 등 더욱 많은 분야에서 그 독자가치를 과시하게 된다.