日本产业技术综合研究所(以下简称“产综研”)与东京大学物性研究所的小林洋平教授等人构建了超短脉冲激光加工开放创新平台(Ultra-short pulse Laser Processing Open innovation Platform:ULPOP),可以利用从深紫外光到可见光和近红外光波长范围的飞秒激光。由此,通过以生物医用材料等多种材料为对象,探索和优化能实现高精细加工的加工参数(激光波长、脉冲宽度、光斑直径、照射强度、重复频率等),可以对高精细加工进行验证。最终有望进一步促进激光加工技术的工业应用。


日本产综研与东京大学构建含深紫外光的超短脉冲激光加工平台


图1:超短脉冲激光加工开放创新平台(ULPOP)的概要


该平台为了能探索和优化针对各种材料及加工类型的加工参数,建立了由自主设计的2种飞秒激光和2种通用纳秒激光构成的加工系统(图2)。图1的飞秒激光①可以选择4种波长,除了作为基波的800nm中心波长外,还包括通过非线性晶体产生的400nm、266nm和200nm中心波长。其中,266nm和200nm的飞秒激光作为可用于材料加工用途的高强度平台化激光在全球尚无前例。脉冲宽度可在50——2000飞秒的范围内变化(部分除外)。飞秒激光②能利用光参量放大器将波长为800nm的光转换为近红外光(1100——2300nm)的波长进行利用。纳秒激光①和纳秒激光②分别可以利用355nm和266nm的波长。


日本产综研与东京大学构建含深紫外光的超短脉冲激光加工平台


图2:该平台可以利用的激光一览


图3是利用不同波长(266nm和400nm)的飞秒激光,对作为人造骨材料等备受期待的PEEK树脂实施表面加工的示例。在利用400nm波长加工的凹槽底部可以看到沿着凹槽周期性排列的凹凸。而利用266nm波长加工的凹槽则没有这种凹凸,实现了高精细加工。PEEK树脂的吸收限波长约为350nm,可能是激光波长的不同体现在了加工精度的差别上。该平台可以在大范围内改变波长和各项条件,以探索及优化合适的激光加工条件。


日本产综研与东京大学构建含深紫外光的超短脉冲激光加工平台


图3:利用不同波长的飞秒激光加工PEEK树脂的示例 (左:266nm,右:400nm)


由于波长和脉冲宽度有这么多种类,能以工业材料和生物医用材料等多种材料为对象选择最佳波长。例如,很多工业玻璃的吸收限波长在400nm以下,通过利用比吸收限短的波长的光,可以对表面进行集中加工。或者,由于与比吸收限短的波长相比,利用比吸收限长的波长的光更能抑制光的吸收,因此还可以对玻璃内部加工。如果是塑料材料,通过利用对各种材料具有特殊吸收性的近红外波长范围的光,有望以低照射强度进行加工。


另外,该平台还拥有显微镜等各种分析仪器,加工后可以分析加工状态并反馈结果。


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