Goedkopere materiaal-ablatie met picosecondelasers

11 april 2019, 01:23
Materiaal-ablatie door laser-impulsen. Afbeelding: llnl.gov
 
Materiaal-ablatie door laser-impulsen. Afbeelding: llnl.gov
 
Impulsen met een ideale impulsduur in het picosecondenbereik werken sneller en goedkoper. 

Onderzoekers van het Lawrence Livermore National Laboratory hebben de impulsduur en het energiegehalte van de impulsen van een ultraviolet-laser geoptimaliseerd voor het zo onschadelijk mogelijk verwijderen van materiaal bij een zo klein mogelijk energieverbruik. Daarbij bleken pulsen van enkele biljoensten seconden het best te functioneren. De beste resultaten werden bereikt bij ongeveer tien Joule per cm². Het energieverbruik bij deze combinatie van tijd en energie bleek bovendien duidelijk minder dan bij gebruikelijke werkwijzen.

Gesmolten materiaal wegslingeren

De extreem korte pulsen verhitten de oppervlakte van het te bewerken materiaal zo snel en intensief, dat er maar een dunne laag vloeibaar wordt. Tegelijk ontstaat een schokgolf. Door cavitatie en de vorming van gasblaasjes wordt het vloeibare materiaal automatisch weggeslingerd. Het optimum is bepaald met behulp van computersimulaties en reële experimenten met aluminium, edelstaal en silicium.

Laser-ablatie wordt gebruikt om heel fijne en nauwkeurige structuren op werkstukken aan te brengen. Bij elke cyclus wordt een laag van slechts enkele micrometers dik van de oppervlakte verwijderd. Omdat de dieper liggende lagen door de korte duur van de impulsen en de traagheid van de warmtegeleiding nauwelijks worden verhit, treedt er ook geen beschadiging of vervorming van het materiaal op. De werkwijze is ook geschikt voor het verwijderen van verontreinigingen op bijvoorbeeld stenen sculpturen, omdat er zeer nauwkeurig kan worden gewerkt, zonder schade aan te richten.

Geringere kosten

Tot nu toe werden voor laser-ablatie meestal femtosecondelasers gebruikt. De impulsen zijn hier drie ordes van grootte korter, wat aanzienlijk hogere eisen stelt aan de laser en een duurdere besturing nodig heeft. Bij lange reeksen tests zijn de optimale combinaties van tijd en energie gevonden, waarbij het gesmolten materiaal automatisch wordt weggeslingerd.

Het is belangrijk, dat met picosecondelasers dezelfde kwaliteit wordt behaald als bij bestaande technieken. De langzamere lasers zijn duidelijk goedkoper en verbruiken minder energie.
 
Reacties worden ingeladen...
gerelateerde items