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超快激光是未来精细加工的新趋势

来源:松山湖材料实验室2020-07-01 我要评论(0 )   

在松山湖材料实验室光子制造团队的工作间内,各种“大块头”设备整齐排列,组成了一条颇具规模的生产线,科研人员在不同设备前忙碌工作。在这里,国内首条超快激光涡轮...

在松山湖材料实验室光子制造团队的工作间内,各种“大块头”设备整齐排列,组成了一条颇具规模的生产线,科研人员在不同设备前忙碌工作。在这里,国内首条超快激光涡轮叶片气膜孔精细加工生产线正在调试之中。未来,这条产线将为该团队相关技术的完善提升提供重要的支持。

以自身“绝活”与广东产业环境相结合

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。如今激光在日常生活中已经有诸多应用,例如激光切割、激光测距、激光雷达、激光矫视、激光美容等等。特别是在加工制造领域,相比于传统加工方式,激光快速和精细的优势更为显著。

光子制造团队是材料实验室首批入驻团队之一,团队负责人杨小君研究员在超快激光精细加工领域具有深厚的研究功底,他带领的团队掌握了业界领先的复合光束扫描模块、三维曲面自适应定位、小空腔背伤保护等一批核心技术,研制出超快激光高端加工设备,解决了我国空天领域动力系统复杂微结构精密制造“卡脖子”难题,并且在电子信息、汽车、医疗等多个领域都具有广阔应用前景。

“经过多年研发,我们在超快激光精细加工领域已经形成了一定的技术门槛和技术优势,但是真正面向广阔民用市场的应用还没有铺开,这是我们团队存在的局限性。”作为团队负责人,杨小君谈到入驻松山湖材料实验室的初衷时表示,广东民用市场发达,合作前景广,特别是团队对口的几个电子领域,很多知名企业都在广东。“所以我们想拿自身的技术‘绝活’和当地的产业环境去结合,也能够发挥我们更大的优势,这样的话我们技术变现的效率会更高。”

在杨小君看来,东莞不仅离市场近,还有材料实验室提供的良好的资金和平台支持,“我认为材料实验室的支持机制很好,可能在全国也很难找到这样好的创业环境了”。

超快激光:未来精细加工新趋势

“我们团队目前采用的激光与传统激光有所区别。传统激光是利用光的热效应对材料进行去除,而我们采用的超短脉冲激光是利用场效应进行加工,不仅可以达到更高的精度,并且不会对材料表面造成损伤,属于‘冷加工’。”光子制造团队技术人员介绍道。

超短脉冲激光的整个加工过程中理论上不产生热,因此称为“冷加工”,该团队目前使用最多为飞秒或者皮秒量级的脉冲激光。飞秒和皮秒实际上是时间单位,以常用的一个飞秒为例,1飞秒等于10-15秒,也就是1飞秒等于1秒钟的1000万亿分之一,是非常非常短暂的一刹那,因此加工过程中作用时间非常短。

“超短脉冲激光第二个特性是瞬时功率非常高,高到可以直接使材料电离,打断材料的分子键。这种瞬时功率可以达到比全世界电网的平均功率还要高好几个点。”技术人员表示,由于上述特点,赋予了超快激光在精细加工方面的突出优势。不仅可以实现极致的加工精度,并且由于无损加工,可以达到很高的表面精度和质量。对超硬、耐高温等众多传统方式难以加工的材料也具有更好的适用性,同时可以加工一些极其复杂的微结构。

技术人员举例道,当前智能手机设计潮流向着全面屏的方向不断演进,屏占比数值明显提升,但是由于前置摄像头、听筒、距离传感器等部件的存在,出现了“刘海屏”、“挖孔屏”等多种异形屏,如何对蓝宝石等硬度高且脆的面板材质进行加工,成为考验加工工艺的难题,而激光加工则可以提供良好的解决方案。

今年疫情期间,光子制造团队还利用掌握的激光加工技术,进行了口罩熔喷布生产设备中关键的喷丝板部件加工,得益于超精细的打孔精度,提高了喷丝质量。

目前,该团队在材料实验室开展的重点研究应用方向还包括对碳化硅、氮化镓等新一代半导体材料的超精细加工。这两种材料硬度非常高,仅次于金刚石等少数材料,传统的加工方式,难度大、效率低,尤其是不能满足半导体领域产品小型化、轻型化的发展趋势,而超快激光则可以满足此类加工需求。该团队目前结合已有技术及工艺,已经开发出针对上述材料的加工装备,同时已经与部分客户进行了对接。

“我国制造业整体呈现出由低端走向高端的趋势,因此超快激光每年增长率要比传统激光更高,它代表着未来的一个发展方向。”技术人员介绍。

在创业过程中不断磨合提升

其实,杨小君除了是光子制造团队负责人,同时还担任广东中科微精光子制造公司总经理职务。多年来,一方面带领团队从事科研工作,另一方面,面对复杂的市场挑战,勇于突破,敢于创业,积极推进成果转化。

谈到创业初衷,杨小君表示,当初一方面是希望自己研究的技术能够变成产品,真正发挥价值,而不仅仅是止步于实验室;另一方面,进行成果转化,不论是对社会还是对个人都能产生更大的经济收益。

不过,从一名普通科研人员到科研、创业两手兼顾,他的创业之路走得并不轻松,踩过很多“坑”,但是却也积累了很多宝贵经验。

“做科研与做成果转化,最大的差别在于对能力层面的要求不同。科研更多需要整合的是技术层面的工作,维度要小得多、窄得多。而创业则不同,除了技术层面,还要考虑市场、客户需求、资金、人力、融资、财务管理、研发管理等诸多方面。”杨小君表示,创业对个人能力的要求更加多维,中间面临非常多的苛刻挑战,并不是一开始就可以预见的,但是面对问题只能是坚持往前走,没有回头路。

他举例道,对企业的发展来说,常常面临资金短缺,特别是随着规模越来越大,考验着融资和资金管理能力。公司团队从几十人到几百人,整个组织如何高效运转,也是一件非常难的事。此外,创业过程中还伴随着个人的时间管理、心态调整等一系列问题。

“你可能要想很多办法,在企业文化层面,在制度层面,在流程层面,很多都是一边做一边摸索学习出来的。”杨小君表示,在不断磨合的过程中,越来越理解其他企业选择的打法。只有亲自经历过了,才会有更深的理解和感触。

谈到接下来的团队发展规划,他表示,希望在通讯和精密电子、半导体等领域有所聚焦,找到更精准的切入点,“这里面每一个领域做起来都不得了,都有很大的规模,这是我们后面要努力的一个方向”。

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超快激光精密电子

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