激光加工精細(簡述激光加工過程)
在松山湖材料實驗室光子制造團隊的工作間內(nèi),各種“大塊頭”設備整齊排列,組成了一條頗具規(guī)模的生產(chǎn)線,科研人員在不同設備前忙碌工作。在這里,國內(nèi)首條超快激光渦輪葉片氣膜孔精細加工生產(chǎn)線正在調(diào)試之中。未來,這條產(chǎn)線將為該團隊相關(guān)技術(shù)的完善提升提供重要的支持。
以自身“絕活”與廣東產(chǎn)業(yè)環(huán)境相結(jié)合
激光是20世紀以來繼核能、電腦、半導體之后,人類的又一重大發(fā)明,被稱為“最快的刀”、“最準的尺”、“最亮的光”。如今激光在日常生活中已經(jīng)有諸多應用,例如激光切割、激光測距、激光雷達、激光矯視、激光美容等等。特別是在加工制造領(lǐng)域,相比于傳統(tǒng)加工方式,激光快速和精細的優(yōu)勢更為顯著。
光子制造團隊是材料實驗室首批入駐團隊之一,團隊負責人楊小君研究員在超快激光精細加工領(lǐng)域具有深厚的研究功底,他帶領(lǐng)的團隊掌握了業(yè)界領(lǐng)先的復合光束掃描模塊、三維曲面自適應定位、小空腔背傷保護等一批核心技術(shù),研制出超快激光高端加工設備,解決了我國空天領(lǐng)域動力系統(tǒng)復雜微結(jié)構(gòu)精密制造“卡脖子”難題,并且在電子信息、汽車、醫(yī)療等多個領(lǐng)域都具有廣闊應用前景。
“經(jīng)過多年研發(fā),我們在超快激光精細加工領(lǐng)域已經(jīng)形成了一定的技術(shù)門檻和技術(shù)優(yōu)勢,但是真正面向廣闊民用市場的應用還沒有鋪開,這是我們團隊存在的局限性?!弊鳛閳F隊負責人,楊小君談到入駐松山湖材料實驗室的初衷時表示,廣東民用市場發(fā)達,合作前景廣,特別是團隊對口的幾個電子領(lǐng)域,很多知名企業(yè)都在廣東。“所以我們想拿自身的技術(shù)‘絕活’和當?shù)氐漠a(chǎn)業(yè)環(huán)境去結(jié)合,也能夠發(fā)揮我們更大的優(yōu)勢,這樣的話我們技術(shù)變現(xiàn)的效率會更高。”
在楊小君看來,東莞不僅離市場近,還有材料實驗室提供的良好的資金和平臺支持,“我認為材料實驗室的支持機制很好,可能在全國也很難找到這樣好的創(chuàng)業(yè)環(huán)境了”。
超快激光:未來精細加工新趨勢
“我們團隊目前采用的激光與傳統(tǒng)激光有所區(qū)別。傳統(tǒng)激光是利用光的熱效應對材料進行去除,而我們采用的超短脈沖激光是利用場效應進行加工,不僅可以達到更高的精度,并且不會對材料表面造成損傷,屬于‘冷加工’?!惫庾又圃靾F隊技術(shù)人員介紹道。
超短脈沖激光的整個加工過程中理論上不產(chǎn)生熱,因此稱為“冷加工”,該團隊目前使用最多為飛秒或者皮秒量級的脈沖激光。飛秒和皮秒實際上是時間單位,以常用的一個飛秒為例,1飛秒等于10-15秒,也就是1飛秒等于1秒鐘的1000萬億分之一,是非常非常短暫的一剎那,因此加工過程中作用時間非常短。
“超短脈沖激光第二個特性是瞬時功率非常高,高到可以直接使材料電離,打斷材料的分子鍵。這種瞬時功率可以達到比全世界電網(wǎng)的平均功率還要高好幾個點?!奔夹g(shù)人員表示,由于上述特點,賦予了超快激光在精細加工方面的突出優(yōu)勢。不僅可以實現(xiàn)極致的加工精度,并且由于無損加工,可以達到很高的表面精度和質(zhì)量。對超硬、耐高溫等眾多傳統(tǒng)方式難以加工的材料也具有更好的適用性,同時可以加工一些極其復雜的微結(jié)構(gòu)。
技術(shù)人員舉例道,當前智能手機設計潮流向著全面屏的方向不斷演進,屏占比數(shù)值明顯提升,但是由于前置攝像頭、聽筒、距離傳感器等部件的存在,出現(xiàn)了“劉海屏”、“挖孔屏”等多種異形屏,如何對藍寶石等硬度高且脆的面板材質(zhì)進行加工,成為考驗加工工藝的難題,而激光加工則可以提供良好的解決方案。
今年疫情期間,光子制造團隊還利用掌握的激光加工技術(shù),進行了口罩熔噴布生產(chǎn)設備中關(guān)鍵的噴絲板部件加工,得益于超精細的打孔精度,提高了噴絲質(zhì)量。
目前,該團隊在材料實驗室開展的重點研究應用方向還包括對碳化硅、氮化鎵等新一代半導體材料的超精細加工。這兩種材料硬度非常高,僅次于金剛石等少數(shù)材料,傳統(tǒng)的加工方式,難度大、效率低,尤其是不能滿足半導體領(lǐng)域產(chǎn)品小型化、輕型化的發(fā)展趨勢,而超快激光則可以滿足此類加工需求。該團隊目前結(jié)合已有技術(shù)及工藝,已經(jīng)開發(fā)出針對上述材料的加工裝備,同時已經(jīng)與部分客戶進行了對接。
“我國制造業(yè)整體呈現(xiàn)出由低端走向高端的趨勢,因此超快激光每年增長率要比傳統(tǒng)激光更高,它代表著未來的一個發(fā)展方向。”技術(shù)人員介紹。
在創(chuàng)業(yè)過程中不斷磨合提升
其實,楊小君除了是光子制造團隊負責人,同時還擔任廣東中科微精光子制造公司總經(jīng)理職務。多年來,一方面帶領(lǐng)團隊從事科研工作,另一方面,面對復雜的市場挑戰(zhàn),勇于突破,敢于創(chuàng)業(yè),積極推進成果轉(zhuǎn)化。
談到創(chuàng)業(yè)初衷,楊小君表示,當初一方面是希望自己研究的技術(shù)能夠變成產(chǎn)品,真正發(fā)揮價值,而不僅僅是止步于實驗室;另一方面,進行成果轉(zhuǎn)化,不論是對社會還是對個人都能產(chǎn)生更大的經(jīng)濟收益。
不過,從一名普通科研人員到科研、創(chuàng)業(yè)兩手兼顧,他的創(chuàng)業(yè)之路走的并不輕松,踩過很多“坑”,但是卻也積累了很多寶貴經(jīng)驗。
“做科研與做成果轉(zhuǎn)化,最大的差別在于對能力層面的要求不同??蒲懈嘈枰系氖羌夹g(shù)層面的工作,維度要小得多、窄得多。而創(chuàng)業(yè)則不同,除了技術(shù)層面,還要考慮市場、客戶需求、資金、人力、融資、財務管理、研發(fā)管理等諸多方面。”楊小君表示,創(chuàng)業(yè)對個人能力的要求更加多維,中間面臨非常多的苛刻挑戰(zhàn),并不是一開始就可以預見的,但是面對問題只能是堅持往前走,沒有回頭路。
他舉例道,對企業(yè)的發(fā)展來說,常常面臨資金短缺,特別是隨著規(guī)模越來越大,考驗著融資和資金管理能力。公司團隊從幾十人到幾百人,整個組織如何高效運轉(zhuǎn),也是一件非常難的事。此外,創(chuàng)業(yè)過程中還伴隨著個人的時間管理、心態(tài)調(diào)整等一系列問題。
“你可能要想很多辦法,在企業(yè)文化層面,在制度層面,在流程層面,很多都是一邊做一邊摸索學習出來的?!睏钚【硎荆诓粩嗄ズ系倪^程中,越來越理解其他企業(yè)選擇的打法。只有親自經(jīng)歷過了,才會有更深的理解和感觸。
談到接下來的團隊發(fā)展規(guī)劃,他表示,希望在通訊和精密電子、半導體等領(lǐng)域有所聚焦,找到更精準的切入點,“這里面每一個領(lǐng)域做起來都不得了,都有很大的規(guī)模,這是我們后面要努力的一個方向”。
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