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精密激光装备企业单色科技中标光电技术研究所2022年度国家重点实验室专项采购计划

2023-02-28 09:17:59  来源:36氪    

  我国工业生产正不断朝着更加精细化的方向发展,上游生产装备的精密加工能力直接影响着工业制品的精细化效果。激光加工是当下工业生产制造的重要手段之一,能满足大多数金属产品的加工制造需求,但一些材料多样、结构复杂的高精度、微结构零部件产品,需要超快激光等更精密的设备来生产。

  36氪关注的单色科技就是一家超精密激光装备公司,成立于2020年3月,创始团队在激光加工装备制造业有着十余年的研发经验,单色科技的产品适用于航空航天、医疗、半导体、消费电子行业中对零部件生产精细化程度要求更高的产品,且已经获得多家头部客户的认可。

  2022年12月,单色科技中标了中国科学院光电技术研究所2022年度国家重点实验室专项采购计划,为其提供大面积三维自由曲面激光雕刻机,该设备具有大幅面、自由曲面和加工精密度高的特点,这次中标意味着公司的超精密加工技术得到头部科研机构的认可。

  据单色科技创始人兼CEO乔磊介绍:“单色科技的精密加工能力在国内属于顶尖级别,目前工业上用于精密加工的激光光源的波长最短可做到343nm,光源波长的限制在一定程度上决定着加工精度分辨率的上限,而单色科技通过先进的光场调控技术、高精度的平台系统、运动控制系统及软件控制系统,基于343nm的光源,制造出最小加工分辨率达到200nm的设备,为中科院光电所国家级项目的推进提供了有力的技术保障,通过该设备解决了困扰国内外大幅面微纳光学加工精度低、加工效率慢等问题。”

  纳米级微孔加工

  超快激光通常指脉宽小于10皮秒的激光,其具有峰值功率超高、与材料作用时间超短的特点。超高角度上,光斑中心区域的峰值功率密度可达到1020~1022 W/cm2量级,可以轻松激发比原子核—核外电子之间的库伦力还要高数倍的超强局域强电磁场,并直接作用于原子之间的化学键,使电子瞬间电离,并激发库伦爆效应实现材料去除;超短方面,以飞秒激光为例,光在1秒可绕地球七圈半,而1飞秒时间,光仅可以通过头发丝直径的二百分之一。此外,由于超快激光的脉冲持续时间远小于热弛豫时间,因此,在加工过程中没有热量产生与热量积累,俗称“冷”加工,从而直接避免常规长脉冲激光加工过程中,材料由于热量累积导致的过热开裂、氧化、融化等现象。超快激光对材料的无选择性、无材料损伤以及微米级甚至纳米级加工精度等诸多优异的特性,逐渐成为各领域极端制造的最佳选择。

  激光作用示意图

  航空航天、医疗、半导体微电子、消费电子等领域,都有一些需要借助极端智造加工手段才能生产的零部件。比如,在航空领域,传统加工工艺存在重铸层、 微裂纹等表面完整性缺陷和加工精度低等问题,无法满足生产出来的某些核心器件在极端恶劣条件下长周期的工作;医疗领域,如果激光的加工精细度不足,会导致植入式医疗器件表面质量差,出现金属尖角和毛刺等问题,对患者带来二次伤害等不良后果,且一些医疗介入式治疗材料逐渐从钽、镍、钛合金等金属材料向高分子生物材料转变,传统加工装备也无法对其新材料进行精密加工;航天领域,由于对气体、流体等燃料的控制精细度要求极高,而传统工艺在加工微纳米级别复杂图形微结构时,存在分别率低、精度差的缺点;电子领域,激光加工过程中产生的碳化现象,也会让产品出现微短现象或功能丧失等严重质量问题。

  根据相关研究材料报道,2022年,全球超精密激光加工装备的市场规模为200亿人民币,到2026年预计接近600亿人民币。

  单色科技有着精准激光光学设计、自主开发软件算法、自主控制系统、多学科交叉工艺研究等能力,面向极端制造应用场景推出了一系列超快加工装备。据乔磊介绍,公司目前已推出了约10余种超精密加工设备,包括括飞秒、皮秒精密切割钻孔设备、超精细刻蚀设备、半导体先进封装标记设备等。

  以医疗领域为例,单色科技的飞秒激光精密切割钻孔设备,可以通过对作用区域材料非热熔性“冷加工”,保证超高的加工精度和孔径的一致性,且孔端面光洁平滑,无毛刺,无微裂纹、无氧化发黑,无需后续清洁步骤。

  医用流量通孔

  航天领域对气体、流体控制的精细度要求较高,每秒毫克级到微克级别的差别,就会带来巨大差异。单色科技的飞秒激光精密切割钻孔设备,可以实现微米复杂结构,高深径比、高精密结构的加工,可实现高温合金、金属、非金属、特别是复合材料表面的微结构加工,如通孔、盲孔、异型孔、微腔等。

  三维喇叭形盲孔

  在半导体领域,单色科技提供了先进封装材料表面标记设备,能够实现高精度定深标记,可灵活控制打标深度在微米级别的变化、一致性好,且能最大程度避免产品在打标过程中出现损伤。该设备目前属于国内首创,设备性能已达到国际先进水平。

  单色科技已服务了多家头部客户,如医疗领域的昆明贵研,半导体领域的比亚迪半导体等,且客户复购意愿较强。2022年,公司实现了数千万的订单营收,目前主要来自医疗和半导体领域,公司未来在航空航天、医疗、半导体等领域都会实现较大营收增长。

  在创始团队里,单色科技创始人兼CEO乔磊有着15年的激光加工智能装备制造业从业经验 ,有7年创业经验;公司研发负责人王玉龙博士则在超快光场时空调控、金属光学、超快激光与物质作用等领域都有深入的研究,自主建立了一套完善飞秒脉冲时空调控模型,相关研究成果已在Opto-Electronic Advances、Nanophotonics等国际知名期刊上发表了多篇文章。目前,单色科技共有数十名研发员工。

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