图1：取舍性镭射蚀刻能够出产带空腔、隧腔、恣意底切款式，以至嵌入式活动部件
取舍性镭射蚀刻（selective laser-induced etching，简称SLE）是用在疾速制作采纳熔融石英、超低收缩玻璃（ULE）或蓝宝石等通明材质制成的高精度3D安装的一种新型镭射手艺。经由过程SLE手艺，部件可被加工成带空腔、遂腔、恣意底切款式，以至嵌入式活动部件（图1）。
取舍性镭射蚀刻:两步法工艺
在第一道步骤中，超快镭射辐射被聚焦到微米级焦斑上，这种资料对于所使用的镭射辐射波长是通明的。因为无可非议线性排汇进程产生在所施加的十分高的镭射强度（>1012W/cm2）上，因而，资料只排汇焦斑处的镭射辐射。所排汇的能量招致资料在一家十分无限的体积外部受热、随后阅历淬火流程，从而令通明资料完成永恒性的转变。这种镭射名义改性工艺不会发生裂纹，而且能够完成十分高精度的加工。
但是，请不要将这一点与在玻璃中被普遍使用的镭射制造的3D图像相混同，只管两者有一些类似之处。经由过程对于焦点处进行逐条、逐层的3D扫视，玻璃外部会构成一家完全的3D连通体。
接着，在第二个步骤中，将工件从镭射机械上掏出并放进蚀刻槽中，只有改性资料被消融在流体蚀刻化学剂中。蚀刻从名义开端，而后逐渐进入工件，随后将先前用镭射辐射改性过的资料全体肃清失。
取舍性镭射蚀刻手艺的高精度源自于其极高的取舍性，正如该缩写词汇所示，取舍性是指改性资料与未处置资料的蚀刻率的比例。例如，熔融石英的取舍性大于1000:1，随后蚀刻中的单束镭射辐射可构成带较小锥度的精密狭长通道。其它通明资料在SLE加工进程中也显示出很高的取舍性，如Borofloat33硼硅玻璃、蓝宝石、ULE或碱石灰玻璃。总体来说，这种高取舍性是完成更繁杂的3D构造的根底，由于它们是经由过程叠加射线的镭射改性工艺被出产进去的。
取舍性镭射蚀刻的长处是能完成高精度（为1μm），蚀刻后的资料外部无剩余应力，而且具备真正的3D功用。由于其与3D打印有几个方面是相似的，SLE手艺可被视为通明资料的一种3D打印手艺，所不同的是，它采纳的是减材法。与增材3D打印相反，随后无需强制性地去除支持构造。
在SLE加工进程中，残余的玻璃或晶体来自于本来的数据表单，一切参数已知，由于产生变动的玻璃资料曾经经由过程湿化学蚀刻法被去除。由此发生的利益是，冒有必要对于曾经认证的资料进行新的认证。虽然取舍性镭射蚀刻名义的初始名义毛糙度Ra 约为200nm，却未发生可能在机器负荷前提下招致生效的微裂纹或亚名义缺陷。因而无望用在柔性轴承领域。
今朝，SLE手艺在熔融石英中的利用情形是可以高效正确实现高度为7mm以内、精度约10μm、最大隧腔长度10mm的高繁杂性的3D部件的加工。别的，加工更高精度或更长隧腔的部件也是可行的，但必需经由过程出产跟丈量的迭代，能力使部件知足精度要求。
取舍性镭射蚀刻的功用
取舍性镭射蚀刻已被证实是一种实用于各类手艺领域以及存在不同利用要求的熔融石英部件的制作手艺，它不只实用于原型制作，并且还能批量化出产各类设施跟构造。
图2：一款直径测得为15mm 的六角形玻璃部件
曾经在一家直径测得为15mm的六角形玻璃部件中出产出用在毛细管电泳的耦合芯片（图2），能够将毛细管集聚在一同，在化学剖析中不会涌现可检测到的死体积。装备了芯片尺寸为34×12×2mm、外形繁杂的3D微通道的疾速药敏实验用光驱动细胞分选仪在生物制药手艺跟食物及洗濯剂出产中十分有用。新型的3D喷嘴在不同市肆上都能够找到利用，如用在燃油放射以至被作为有助于肺部疾病的吸入器。例如，使喷雾发生扭转的空心锥形喷嘴，能够让高2m、直径60μm的喷嘴的焚烧变得更波动（图4）。
图3：配有繁杂3D 微通道的疾速药敏实验用光驱动细胞分选仪
能够在半导体或电子产物用玻璃或蓝宝石上钻出许多外形纷歧定是圆形的超精细微孔，如薄玻璃孔（TGVs）或显示器玻璃孔。即便加工出存在2500个直径为150μm的孔域，个中有些孔的直径低至10μm，尺度直径误差＜0.5μm，也是可能的（图5）。
图4：空心锥形喷嘴使焚烧愈加波动
单个微机电体系（MEMS）器件能够夹持住带有柔性轴承的光纤或用作惯性传感器。弯曲局部切薄至10-20μm，依然存在良好的机器波动性，由于资料名义或名义下方冒有伤害或剩余应力。图6为从一家1mm的熔融石英晶圆精细切割的宽度为30μm的挠曲局部。
图5：能够在半导体或电子产物用薄玻璃或蓝宝石上钻出许多超精细微孔
经由过程疾速的Lightfab 3D打印机跟数字化出产用翻新性CAD/CAM/NC软件系列产物，能够出产出繁杂的高精度3D整机，包含自顺应分层跟变量添补战略。3D玻璃整机精度的进一步进步是经由过程由3D CAD数据主动天生的曲面矢量完成的，防止了来自诸如STL文件的多边形不对。除了3D设计，耦合芯片的轮廓，包含准确的对于准构造，也在雷同的加工步骤中实现，从而减少了后处置或进一步精细定位跟校直的须要。经蚀刻跟荡涤后，这样的3D精细玻璃整机就能够使用了。
图6：为从一家1mm 的熔融石英晶圆精细切割的宽度为30μm 的挠曲局部
当在原型制作进程中发觉某个有远景的设计，客户愿望进行较大量量的系列化出产以至规模化出产时，SLE手艺提供了扩大至大量量出产的可能性。今朝，对于出产效力独一的制约是焦斑在资料中的挪动速率毕竟能有多快。因而，进步扫视速率能够辅助进步出产率。
经由过程设计跟集成针对于所需制作部件定做的公用型疾速光束偏转模块，无望完成扩产，并为可转化为大量量出产的疾速原型手艺提供了仅有的可能性。因而，玻璃精细整机的3D打印不再仅是针对于原型的利基利用。
正在进行的开发包括混杂制作工艺，例如，在来自雷同的机械，而且由SLE手艺打造的微流体通道内出产出两个光子聚合构造。镭射抛光能够利用于已由SLE工艺加工的构造，为将来出产外形繁杂的光学元件（如自在曲面的光学元件、无可非议球面跟轴棱锥）摊平途径。
上一条: 
下一条: