В рамках деловой программы выставки «Фотоника. Мир лазеров и оптика-2024» компания «Лазерный Центр» совместно с ведущими производителями лазерного оборудования и Лазерной ассоциацией провели научно-практическую конференцию «Лазерная микрообработка в микроэлектронике, приборостроении, гравировке и маркировке».
На конференции были представлены все анонсированные доклады, вызвавшие значительный интерес и живые дискуссии в процессе их презентации.
Мероприятие собрало ведущих экспертов отрасли и представителей высших учебных заведений, активно применяющих лазерные системы на практике. Участники активно делились своим опытом и знаниями в области лазерных технологий.
✓ микроэлектроника: лазерная абляция, резка, сварка и маркировка микроэлектронных компонентов.
✓ приборостроение: применение лазерной микрообработки в производстве медицинских изделий, оптических элементов и других приборов.
✓ гравировка: лазерная гравировка на различных материалах, включая металлы, пластик, дерево и стекло.
✓ маркировка: лазерная маркировка продукции для обеспечения защиты от подделок.
• Цифровизация: в сфере станкостроения активно внедряются позиционирование, машинное зрение и системы выбора параметров обработки. Человек отвечает за это все меньше, так как искусственный интеллект берет на себя эту ответственность.
• Переориентация: страны, бывшие ранее ведущими в области фотоники, такие как Германия, Франция и Япония, больше не являются главными центрами формирования взглядов для России. Сегодняшние реалии требуют от нас самостоятельно развивать компонентную базу. Российское производство во многих областях микрообработки достигает новых высот.
• Цифровизация: в сфере станкостроения активно внедряются позиционирование, машинное зрение и системы выбора параметров обработки. Человек отвечает за это все меньше, так как искусственный интеллект берет на себя эту ответственность.
• Роль Китая: Китай является как нашим помощником, так и потенциальным конкурентом, что требует от нас более внимательного подхода к сотрудничеству с ним.
• Цифровизация: в сфере станкостроения активно внедряются позиционирование, машинное зрение и системы выбора параметров обработки. Человек отвечает за это все меньше, так как искусственный интеллект берет на себя эту ответственность.
• Очистка рынка: произошло существенное очищение рынка, что способствует повышению конкурентоспособности компаний.
• Цифровизация: в сфере станкостроения активно внедряются позиционирование, машинное зрение и системы выбора параметров обработки. Человек отвечает за это все меньше, так как искусственный интеллект берет на себя эту ответственность.
• Финансирование: государство играет ключевую роль как источник финансирования, что стимулирует спрос на отечественное оборудование и новые технологические разработки.
• Цифровизация: в сфере станкостроения активно внедряются позиционирование, машинное зрение и системы выбора параметров обработки. Человек отвечает за это все меньше, так как искусственный интеллект берет на себя эту ответственность.
В их числе были рассмотрены:
• стандартные непрерывные волоконные лазеры, предназначенные для решения типовых промышленных задач;
• наносекундные волоконные лазеры;
• специализированные непрерывные волоконные лазеры для выполнения прецизионной обработки.
Дополнительно были представлены следующие продукты:
— ультрафиолетовый лазер с длиной волны 340 нм, разработанный по запросу потребителей (полностью российского производства);
— пикосекундные лазеры для прецизионной обработки, используемые для раскроя стекла, перфорации, снятия слоя и структурирования;
— лазерный излучатель, генерирующий зеленый света с длиной волны 515 нм (успешно протестирован компанией «Лазерный Центр»);
— ультрафиолетовый пикосекундный лазер мощностью 40 Вт; — лазеры, предназначенные для использования в лидарах; — лазерные устройства для очистки и сварки материалов. Было отмечено, что все компоненты производятся внутри компании (за исключением плат), что подтверждает полную импортозамещенность производства.
Основные тезисы его выступления:
Наша компания занимается производством и продажей станков для маркировки металлов в различных отраслях промышленности. В настоящее время микрообработка становится все более востребованной в микроэлектронике, в связи с чем возрастают требования к решению типовых задач в этой отрасли.
Особенно важно отметить, что при работе с элементами двигателя необходимо избегать использования красителей, так как алюминий не подвержен чернению под воздействием лазерного излучения. Наша технология позволяет осуществлять контрастную маркировку без необходимости применения красочных материалов.
Кроме того, при сверлении по центру фрезы необходимо учитывать, что при высоких скоростях вращения даже минимальные дефекты в металле могут привести к дисбалансу инструмента. Наша маркировка не влияет на топологию поверхности, что позволяет использовать ее в системах ЧПУ с высокими скоростями
Инженерам компании удалось из 3D-модели в формате STL получать в металле готовое изделие или инструмент – например, штампы для чеканки серийных изделий. Требования к штампам включают достижение высокого качества PROOF. Для этой цели используется технология LaserBarking, которая внедрена в систему «ТурбоФорма». Технология не требует дополнительной обработки.
Инновационная разработка LaserBarking® отличается от 3D-гравировки, поскольку представляет собой новый метод, включающий в себя поэтапное контролируемое удаление тончайших слоев материала с помощью сфокусированного лазерного луча. Качество поверхности с рельефом, достигаемое с помощью данного метода, сравнимо с полировкой материала или обработкой на полировальном станке высокого класса.
Технология позволяет создавать заданные формы в материалах с очень высокой твердостью, например в штамповых сталях с твердостью по Роквеллу HRC = 58 единиц. Штамповые стали используются при изготовлении штампов и пуансонов сложных конфигураций, которые при закалке должны мало деформироваться. Соответственно технологию можно использовать в производстве пресс-форм для литья алюминия или иных других легкосплавных материалов. В связи с данными особенностями технологию LaserBarking® нельзя считать аналогичной 3Dгравировке.
Докладчик отметил, что в 2013 году директор С.Г.Горный и главный технолог К.В.Юдин были удостоены ордена «Карл Фаберже» за разработку уникальных технологий трехмерной художественной обработки металлов.
Для лазерной микрообработки в этой системе используются разнообразные излучатели, включая лазер производства IPG Photonics. Этот лазер имеет регулируемый диапазон длительности импульсов и широкий диапазон измерения частоты импульсов, что делает его идеальным инструментом для обработки материалов электроники. Системы МикроСЕТ обеспечивают высокую точность обработки − в 2-8 мкм. Перед внедрением данного оборудования специалисты проводят тщательное тестирование технологий на конкретных материалах и задачах заказчика, что позволяет обеспечить готовый результат для пользователя, а не просто поставить оборудование.
Ключевое преимущество систем МикроСЕТ – это полностью отечественное программно-аппаратное решение, включая российское технологическое сопровождение, гарантийное и постгарантийное обслуживание. Это существенно сокращает затраты отечественных предприятий на закупку, внедрение и эксплуатацию такого оборудования, что в свою очередь влияет на себестоимость готовой продукции. Кроме того, компания-производитель оснащает оборудование собственным программным обеспечением, оригинальными системами управления и обеспечивает полную технологическую поддержку в течение всего срока эксплуатации оборудования.
История возникновения «ЛазерЛаб» началась в 2022 году на базе Научного парка СПбГЭТУ «ЛЭТИ». Важным стратегическим партнером лаборатории стал ООО «Лазерный Центр». В августе 2022 года был подписан договор о научно-техническом сотрудничестве, где стороны согласились о создании совместной научно-исследовательской лаборатории «ЛазерЛаб» на базе университета. Направление сотрудничества – разработка новых технологий и специализированного лазерного оборудования для обработки материалов для электроники и микроэлектроники.
В СПбГЭТУ «ЛЭТИ» была передана установка «МиниМаркер 2» в безвозмездное пользование сроком на 1,5 года.
В дальнейшем ВУЗ самостоятельно приобрел систему «МикроСЕТ», которую сотрудники ВУЗа по достоинству оценили. На новом оборудовании было выполнено множество научных и исследовательских работ, таких как деметаллизация и создание сложных топологий. Например, проведена деметаллизация стеклотекстолитовых подложек (с удалением медного покрытия), деметаллизация керамических подложек (покрытие из серебряной проводящей пасты), а также осуществлена резка и скрайбирование кристаллических материалов, таких как корундовая керамика толщиной 1 мм, гадолиний-галлиевый гранат толщиной 0,5 мкм и сапфировая подложка толщиной 1 мм.
В.А.Парфенов отметил, что одним из основных направлений исследований кафедры фотоники является фотовольтаика. Сотрудничество с физико-техническим институтом им. Иоффе позволяет университету активно развивать эту область. Совместными усилиями были успешно проведены работы по лазерному скрайбированию тонкоплёночных солнечных модулей, улучшающему их эффективность. Одним из новых направлений в экспериментах в медицинской сфере является создание микрофлюидных топологий. Эти специальные канавки, выполненные из материалов, таких как стекло и нержавеющая сталь, которые используются для создания лекарственных препаратов. Наш университет успешно оптимизировал процесс лазерной обработки нержавеющей стали для формирования микроканалов полукруглого профиля глубиной до 500 мкм с оптимальным значением шероховатости поверхности.
На основании запросов реального сектора экономики были выделены такие ключевые свойства материалов, как оптические параметры (с возможностью изменения цвета), смачиваемость (создание гидрофильных / гидрофобных поверхностей) и биосовместимость. Для достижения этих функциональных свойств в ЦТЛ и ИТМО используются волоконные лазерные комплексы компании ООО «Лазерный Центр».
Докладчик указал следующие основные области применения цветной лазерной маркировки: — медицина, где возникающие после обработки оксидные пленки остаются нетоксичными; — промышленность, где нужный цвет обработанного материала получается без необходимости использования дополнительных материалов; — космические технологии, где крайне важна экономия каждого грамма при запуске аппаратов;
— декоративное искусство, где цветная лазерная маркировка находит свое применение. Благодаря системе «МиниМаркер 2» появилась возможность локально управлять направлением отражения от дифракционной решетки, создаваемой на поверхности стали, за счет чего возможно создание защитных голограмм с динамическим изменением цвета, изображения или движением отдельных элементов изображения, то есть реализация визуальных защитных эффектов. Кроме того, возможно достижение и скрытых защитных эффектов, а именно: — точного совпадения колориметрических координат при сравнении с ранее разработанным шаблоном в результате считывания изображений; — наличия различных методов формирование структур по поверхности.
А за счет эффекта плазмонного резонанса в наночастицах, сформированных после лазерного воздействия, мы можем окрашивать поверхность драгоценных металлов. Лазерная обработка позволяет управлять смачиваемостью поверхности металлов. При лазерном воздействии на сталь образуются гидрофильные оксиды, которые при увеличении интенсивности или покрытия могут превратиться в супергидрофильные. Это улучшит адгезионные свойства для краски и биологических объектов. Поверхность также может быть преобразована в гидрофобную изменением химического состава. Гидрофобные поверхности могут использоваться для защиты от обледенения или размножения бактерий. Путем использования лазерно-индуцированных изменений поверхности можно эффективно предотвращать биообрастание.
Такое управление является ключевым аспектом совместного проекта ИТМО и ООО «Лазерный Центр» который выполняется сейчас в рамках известного Постановления № 218 Правительства РФ. Один из основных продуктов этого проекта − идеальный дентальный имплантат, который удалось разработать, выделив три функциональные зоны и создав специальную функциональную структуру для каждой из них. Исследователи ИТМО уделили особое внимание структуре канавки для резьбы имплантата, длина которой соответствует размерам клеток костной ткани. Это решение уже показало отличные результаты в проведенных доклинических и клинических исследованиях благодаря высокой остеоинтеграции. На шейке имплантата удалось воссоздать структуру компактной костной ткани остеона, которая успешно продемонстрировала пролиферацию и миграцию клеток. На абатменте – переходнике между имплантатом и коронкой, где важна биосовместимость с эпителиальными клетками и антибактериальность, была создана оксидная структура, которая при УФ облучении обладает антибактериальными свойствами. А.В.Логинов сообщил, что завод «Ленмериот» уже успешно внедряет первую разработку детального имплантата в производство, остальные будут протестированы in vivo в следующем году. Кроме того, в ИТМО идут активные разработки роботизированного комплекса для обработки медицинских изделий сложной формы.
Научно-практическая конференция «Лазерная микрообработка – 2024» стала значимым событием для отрасли и продемонстрировала высокий потенциал лазерных технологий для решения различных задач в микроэлектронике, приборостроении, гравировке и маркировке.
