अल्ट्राफास्ट लेझर्स अनेक दशकांपासून अस्तित्वात असले तरी, गेल्या दोन दशकांत त्यांच्या औद्योगिक उपयोगांमध्ये झपाट्याने वाढ झाली आहे. २०१९ मध्ये, अल्ट्राफास्ट लेझर्सचे बाजारमूल्य...लेझर सामग्रीप्रक्रिया खर्च अंदाजे ४६० दशलक्ष अमेरिकी डॉलर होता, ज्याचा चक्रवाढ वार्षिक वाढीचा दर १३% होता. ज्या अनुप्रयोग क्षेत्रांमध्ये औद्योगिक सामग्रीवर प्रक्रिया करण्यासाठी अल्ट्राफास्ट लेझर्सचा यशस्वीपणे वापर केला गेला आहे, त्यामध्ये सेमीकंडक्टर उद्योगातील फोटोमास्कची निर्मिती आणि दुरुस्ती, तसेच मोबाईल फोन आणि टॅब्लेटसारख्या ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक्समधील सिलिकॉन डायसिंग, ग्लास कटिंग/स्क्रायबिंग आणि (इंडियम टिन ऑक्साईड) आयटीओ फिल्म काढणे, ऑटोमोटिव्ह उद्योगासाठी पिस्टन टेक्सचरिंग, कोरोनरी स्टेंट उत्पादन आणि वैद्यकीय उद्योगासाठी मायक्रोफ्लुइडिक उपकरणांचे उत्पादन यांचा समावेश आहे.
०१ सेमीकंडक्टर उद्योगात फोटोमास्कचे उत्पादन आणि दुरुस्ती
अतिवेगवान लेझर्सचा वापर मटेरियल प्रोसेसिंगमधील सुरुवातीच्या औद्योगिक अनुप्रयोगांपैकी एक म्हणून केला गेला. १९९० च्या दशकात आयबीएमने फोटोमास्क उत्पादनामध्ये फेमटोसेकंद लेझर ॲब्लेशनच्या वापराची माहिती दिली. नॅनोसेकंद लेझर ॲब्लेशनच्या तुलनेत, ज्यामुळे धातूचे शिंतोडे उडू शकतात आणि काचेचे नुकसान होऊ शकते, फेमटोसेकंद लेझर मास्कमध्ये धातूचे शिंतोडे उडत नाहीत, काचेचे नुकसान होत नाही, इत्यादी फायदे आहेत. ही पद्धत इंटिग्रेटेड सर्किट्स (ICs) तयार करण्यासाठी वापरली जाते. एक आयसी चिप तयार करण्यासाठी ३० पर्यंत मास्क लागू शकतात आणि त्यासाठी >$१,००,००० खर्च येऊ शकतो. फेमटोसेकंद लेझर प्रोसेसिंगद्वारे १५०nm पेक्षा कमी आकाराच्या रेषा आणि बिंदूंवर प्रक्रिया करता येते.
आकृती १. फोटोमास्कची निर्मिती आणि दुरुस्ती
आकृती २. अतिनील लिथोग्राफीसाठी वेगवेगळ्या मास्क पॅटर्नच्या ऑप्टिमायझेशनचे परिणाम.
०२ सेमीकंडक्टर उद्योगात सिलिकॉन कटिंग
सिलिकॉन वेफर डायसिंग ही सेमीकंडक्टर उद्योगातील एक मानक उत्पादन प्रक्रिया आहे आणि ती सामान्यतः मेकॅनिकल डायसिंग वापरून केली जाते. या कटिंग व्हील्सना अनेकदा सूक्ष्म तडे पडतात आणि पातळ (उदा. जाडी < १५० μm) वेफर्स कापणे कठीण असते. सिलिकॉन वेफर्सचे लेझर कटिंग सेमीकंडक्टर उद्योगात अनेक वर्षांपासून वापरले जात आहे, विशेषतः पातळ वेफर्ससाठी (१००-२००μm), आणि ही प्रक्रिया अनेक टप्प्यांमध्ये केली जाते: लेझर ग्रूव्हिंग, त्यानंतर मेकॅनिकल सेपरेशन किंवा स्टेल्थ कटिंग (म्हणजे सिलिकॉनच्या आत इन्फ्रारेड लेझर बीमने स्क्रायबिंग करणे) आणि त्यानंतर मेकॅनिकल टेप सेपरेशन. नॅनोसेकंद पल्स लेझर प्रति तास १५ वेफर्सवर प्रक्रिया करू शकतो आणि पिकोसेकंद लेझर प्रति तास २३ वेफर्सवर अधिक चांगल्या गुणवत्तेसह प्रक्रिया करू शकतो.
०३ उपभोग्य इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योगात काच कापणे/कोरणे
मोबाईल फोन आणि लॅपटॉपसाठीचे टच स्क्रीन आणि संरक्षक काचा अधिक पातळ होत आहेत आणि काही भौमितिक आकार वक्र आहेत. यामुळे पारंपरिक यांत्रिक कटिंग अधिक कठीण होते. सामान्य लेझरमुळे सहसा कटिंगची गुणवत्ता खराब मिळते, विशेषतः जेव्हा हे ग्लास डिस्प्ले ३-४ थरांमध्ये रचलेले असतात आणि सर्वात वरची ७०० मायक्रॉन जाडीची संरक्षक काच टेम्पर केलेली असते, जी स्थानिक ताणामुळे तुटू शकते. अल्ट्राफास्ट लेझर या काचांना अधिक चांगल्या एज स्ट्रेंथसह कापू शकतात, असे दिसून आले आहे. मोठ्या फ्लॅट पॅनल कटिंगसाठी, फेमटोसेकंद लेझरला ग्लास शीटच्या मागील पृष्ठभागावर केंद्रित केले जाऊ शकते, ज्यामुळे पुढील पृष्ठभागाला नुकसान न पोहोचवता ग्लासच्या आतील बाजूस ओरखडे येतात. त्यानंतर, त्या ओरखडलेल्या पॅटर्नच्या बाजूने यांत्रिक किंवा औष्णिक साधनांनी काच तोडली जाऊ शकते.
आकृती ३. पिकोसेकंद अतिवेगवान लेझरद्वारे काचेचे विशेष आकाराचे कापणे
०४ ऑटोमोटिव्ह उद्योगातील पिस्टनचे पोत
हलक्या वजनाची कार इंजिने ॲल्युमिनियम मिश्रधातूंची बनलेली असतात, जी कास्ट आयर्नइतकी झीज-प्रतिरोधक नसतात. अभ्यासात असे आढळून आले आहे की, कारच्या पिस्टनच्या रचनेवर फेमटोसेकंद लेझर प्रक्रिया केल्यास घर्षण २५% पर्यंत कमी होऊ शकते, कारण त्यामुळे कचरा आणि तेल प्रभावीपणे साठवले जाऊ शकते.
आकृती ४. इंजिनची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी ऑटोमोबाईल इंजिन पिस्टनवर फेमटोसेकंद लेझर प्रक्रिया.
०५ वैद्यकीय उद्योगात कोरोनरी स्टेंट उत्पादन
शरीरातील कोरोनरी धमन्यांमध्ये लाखो कोरोनरी स्टेंट बसवले जातात, जेणेकरून रक्ताच्या गुठळ्या झालेल्या रक्तवाहिन्यांमध्ये रक्तप्रवाहासाठी मार्ग मोकळा होईल आणि दरवर्षी लाखो लोकांचे प्राण वाचतात. कोरोनरी स्टेंट सामान्यतः धातूच्या (उदा., स्टेनलेस स्टील, निकेल-टायटॅनियम शेप मेमरी अलॉय, किंवा अलीकडे कोबाल्ट-क्रोमियम अलॉय) वायर मेशपासून बनवलेले असतात, ज्याच्या स्ट्रटची रुंदी अंदाजे १०० μm असते. लाँग-पल्स लेझर कटिंगच्या तुलनेत, ब्रॅकेट्स कापण्यासाठी अल्ट्राफास्ट लेझर वापरण्याचे फायदे म्हणजे उच्च दर्जाची कट क्वालिटी, उत्तम पृष्ठभाग फिनिश आणि कमी कचरा, ज्यामुळे पोस्ट-प्रोसेसिंगचा खर्च कमी होतो.
०६ वैद्यकीय उद्योगासाठी मायक्रोफ्लुइडिक उपकरणांचे उत्पादन
मायक्रोफ्लुइडिक उपकरणे सामान्यतः वैद्यकीय क्षेत्रात रोगांची चाचणी आणि निदानासाठी वापरली जातात. ही उपकरणे सामान्यतः मायक्रो-इंजेक्शन मोल्डिंगद्वारे स्वतंत्र भाग तयार करून आणि नंतर ग्लूइंग किंवा वेल्डिंगद्वारे जोडून बनवली जातात. मायक्रोफ्लुइडिक उपकरणांच्या अल्ट्राफास्ट लेझर फॅब्रिकेशनचा फायदा असा आहे की, त्यामुळे काचेसारख्या पारदर्शक पदार्थांमध्ये कोणत्याही जोडणीशिवाय ३डी मायक्रोचॅनेल तयार करता येतात. एक पद्धत म्हणजे मोठ्या काचेच्या आत अल्ट्राफास्ट लेझर फॅब्रिकेशन करून त्यानंतर वेट केमिकल एचिंग करणे, आणि दुसरी पद्धत म्हणजे कचरा काढण्यासाठी डिस्टिल्ड वॉटरमध्ये काच किंवा प्लॅस्टिकच्या आत फेमटोसेकंद लेझर ॲब्लेशन करणे. आणखी एक पद्धत म्हणजे काचेच्या पृष्ठभागावर चॅनेल मशीनने तयार करणे आणि फेमटोसेकंद लेझर वेल्डिंगद्वारे काचेच्या आवरणाने ते सील करणे.
आकृती ६. काचेच्या पदार्थांमध्ये सूक्ष्मद्रव वाहिन्या तयार करण्यासाठी फेमटोसेकंद लेझर-प्रेरित निवडक कोरण.
०७ इंजेक्टर नोझलचे सूक्ष्म छिद्रण
उच्च-दाब इंजेक्टर बाजारपेठेतील अनेक कंपन्यांमध्ये, फ्लो होल प्रोफाइल बदलण्यात अधिक लवचिकता आणि कमी मशीनिंग वेळेमुळे फेमटोसेकंद लेझर मायक्रोहोल मशीनिंगने मायक्रो-ईडीएमची जागा घेतली आहे. प्रीसेसिंग स्कॅन हेडद्वारे बीमची फोकस स्थिती आणि टिल्ट स्वयंचलितपणे नियंत्रित करण्याच्या क्षमतेमुळे ॲपर्चर प्रोफाइलची (उदा., बॅरल, फ्लेअर, कन्व्हर्जन्स, डायव्हर्जन्स) रचना करणे शक्य झाले आहे, जे कम्बशन चेंबरमध्ये ॲटोमायझेशन किंवा पेनिट्रेशनला चालना देऊ शकतात. ड्रिलिंगची वेळ ॲब्लेशन व्हॉल्यूमवर अवलंबून असते, ज्यामध्ये ड्रिलची जाडी ०.२ – ०.५ मिमी आणि छिद्राचा व्यास ०.१२ – ०.२५ मिमी असतो, ज्यामुळे हे तंत्र मायक्रो-ईडीएमपेक्षा दहापट अधिक वेगवान ठरते. मायक्रोड्रिलिंग तीन टप्प्यांमध्ये केले जाते, ज्यामध्ये थ्रू-पायलट होल्सचे रफिंग आणि फिनिशिंग समाविष्ट आहे. सुरुवातीच्या टप्प्यात बोअरहोलला ऑक्सिडेशनपासून वाचवण्यासाठी आणि अंतिम प्लाझ्माला शील्ड करण्यासाठी आर्गॉनचा सहाय्यक वायू म्हणून वापर केला जातो.
आकृती ७. डिझेल इंजिन इंजेक्टरसाठी उलट्या निमुळत्या छिद्राची फेमटोसेकंद लेसरद्वारे उच्च-सुस्पष्ट प्रक्रिया.
०८ अति-जलद लेझर टेक्सचरिंग
अलिकडच्या वर्षांत, मशीनिंगची अचूकता सुधारण्यासाठी, पदार्थाचे नुकसान कमी करण्यासाठी आणि प्रक्रिया कार्यक्षमता वाढवण्यासाठी, मायक्रोमशीनिंगचे क्षेत्र हळूहळू संशोधकांचे लक्ष बनले आहे. अल्ट्राफास्ट लेझरमध्ये कमी नुकसान आणि उच्च अचूकता यांसारखे विविध प्रक्रियात्मक फायदे आहेत, ज्यामुळे प्रक्रिया तंत्रज्ञानाच्या विकासाला चालना देण्यासाठी ते केंद्रबिंदू बनले आहे. त्याच वेळी, अल्ट्राफास्ट लेझर विविध प्रकारच्या पदार्थांवर कार्य करू शकतात आणि लेझर प्रक्रियेद्वारे पदार्थाचे होणारे नुकसान ही देखील एक प्रमुख संशोधन दिशा आहे. अल्ट्राफास्ट लेझरचा उपयोग पदार्थांचे ॲब्लेशन (क्षरण) करण्यासाठी केला जातो. जेव्हा लेझरची ऊर्जा घनता पदार्थाच्या ॲब्लेशन थ्रेशोल्डपेक्षा (क्षरण मर्यादेपेक्षा) जास्त असते, तेव्हा क्षरण झालेल्या पदार्थाच्या पृष्ठभागावर विशिष्ट वैशिष्ट्यांसह एक सूक्ष्म-नॅनो संरचना दिसून येते. संशोधनातून असे दिसून आले आहे की, लेझरद्वारे पदार्थांवर प्रक्रिया करताना ही विशेष पृष्ठभागीय संरचना ही एक सामान्य घटना आहे. पृष्ठभागावरील सूक्ष्म-नॅनो संरचनांच्या निर्मितीमुळे पदार्थाचे स्वतःचे गुणधर्म सुधारू शकतात आणि नवीन पदार्थांच्या विकासालाही चालना मिळू शकते. यामुळे अल्ट्राफास्ट लेझरद्वारे पृष्ठभागावरील सूक्ष्म-नॅनो संरचनांची निर्मिती ही महत्त्वपूर्ण विकासात्मक महत्त्व असलेली एक तांत्रिक पद्धत ठरते. सध्या, धातूंच्या सामग्रीसाठी, अल्ट्राफास्ट लेझर सरफेस टेक्सचरिंगवरील संशोधनामुळे धातूच्या पृष्ठभागाचे ओले होण्याचे गुणधर्म, पृष्ठभागाचे घर्षण आणि झीज होण्याचे गुणधर्म सुधारता येतात, कोटिंगचे चिकटणे वाढवता येते, तसेच पेशींची दिशात्मक वाढ आणि चिकटणे सुधारता येते.
आकृती ८. लेझरने तयार केलेल्या सिलिकॉन पृष्ठभागाचे अतिजलविरोधी गुणधर्म
एक अत्याधुनिक प्रक्रिया तंत्रज्ञान म्हणून, अल्ट्राफास्ट लेझर प्रक्रियेमध्ये लहान उष्णता-प्रभावित क्षेत्र, पदार्थांसोबतच्या आंतरक्रियेची नॉन-लिनियर प्रक्रिया आणि विवर्तन मर्यादेपलीकडील उच्च-रिझोल्यूशन प्रक्रिया ही वैशिष्ट्ये आहेत. याद्वारे विविध पदार्थांची उच्च-गुणवत्तेची आणि उच्च-सुस्पष्टतेची सूक्ष्म-नॅनो प्रक्रिया तसेच त्रिमितीय सूक्ष्म-नॅनो संरचनेची निर्मिती साध्य करता येते. विशेष पदार्थ, जटिल संरचना आणि विशेष उपकरणांचे लेझरद्वारे उत्पादन साध्य केल्याने सूक्ष्म-नॅनो उत्पादनासाठी नवीन मार्ग खुले होतात. सध्या, फेमटोसेकंद लेझरचा अनेक अत्याधुनिक वैज्ञानिक क्षेत्रांमध्ये मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जात आहे: फेमटोसेकंद लेझरचा उपयोग मायक्रोलेन्स अॅरे, बायोनिक संयुक्त डोळे, ऑप्टिकल वेव्हगाईड्स आणि मेटासरफेस यांसारखी विविध ऑप्टिकल उपकरणे तयार करण्यासाठी केला जाऊ शकतो; त्याची उच्च सुस्पष्टता, उच्च रिझोल्यूशन आणि त्रिमितीय प्रक्रिया क्षमता वापरून, फेमटोसेकंद लेझरद्वारे मायक्रोहीटरचे घटक आणि त्रिमितीय मायक्रोफ्लुइडिक चॅनेल यांसारख्या मायक्रोफ्लुइडिक आणि ऑप्टोफ्लुइडिक चिप्स तयार किंवा एकत्रित केल्या जाऊ शकतात; याव्यतिरिक्त, फेमटोसेकंद लेसर अँटी-रिफ्लेक्शन, सुपर-हायड्रोफोबिक, अँटी-आइसिंग आणि इतर कार्ये साध्य करण्यासाठी विविध प्रकारच्या पृष्ठभागावरील सूक्ष्म-नॅनोसंरचना देखील तयार करू शकतो; इतकेच नाही तर, फेमटोसेकंद लेसरचा उपयोग बायोमेडिसिनच्या क्षेत्रातही केला गेला आहे, जिथे त्याने जैविक मायक्रो-स्टेंट्स, सेल कल्चर सब्सट्रेट्स आणि जैविक सूक्ष्मदर्शी इमेजिंग यांसारख्या क्षेत्रांमध्ये उत्कृष्ट कामगिरी दर्शविली आहे. याच्या अनुप्रयोगाची शक्यता व्यापक आहे. सध्या, फेमटोसेकंद लेसर प्रक्रियेची अनुप्रयोग क्षेत्रे दरवर्षी विस्तारत आहेत. वर नमूद केलेल्या मायक्रो-ऑप्टिक्स, मायक्रोफ्लुइडिक्स, बहु-कार्यात्मक सूक्ष्म-नॅनोसंरचना आणि बायोमेडिकल अभियांत्रिकी अनुप्रयोगांव्यतिरिक्त, मेटासरफेसची निर्मिती, सूक्ष्म-नॅनो उत्पादन आणि बहु-आयामी ऑप्टिकल माहिती साठवणूक इत्यादी काही उदयोन्मुख क्षेत्रांमध्येही याची मोठी भूमिका आहे.
पोस्ट करण्याची वेळ: १७-एप्रिल-२०२४
