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LPKF激光系统助力太空探索中的电场除尘
材料来源:LPKF乐普科          

附着于航天器表面上的月尘可能引起很多故障, 包括机械结构卡死、密封机构失效、光学系统灵敏度下降、部件磨损以及热控系统故障,并且对宇航员的生命健康产生了巨大威胁。为了对月球和火星以及其他探索做准备,德国弗劳恩霍夫IST研究所牵头了DEAR项目(尘埃环境应用和研究)中的一个子项目,利用不均匀电场移除敏感材料表面的灰尘颗粒。LPKF ProtoLaser系统高精度加工PET薄膜在系统性试验中表现出色。

1.月尘对人类和探索设备是非常危险的存在

人类探月工程的发展历程充满了挑战与突破。从苏联的早期探索到美国的阿波罗计划,再到中国的嫦娥系列任务,每一步都凝聚着人类的智慧和勇气。

就人类目前的科学技术而言,重返月球已经不算太难,但是一块新的绊脚石出现在了人类面前,成为重返月球不可小视的一个障碍,它就是月尘(moondust)。这些不同形状和大小的月球尘埃,通常带有锋利的边缘和电荷,极度干燥的环境和无情的宇宙辐射会在微粒中产生静电荷,从而使它们附着在宇航服、靴子、太阳能电池板、相机镜头和几乎所有其他东西上。它还会进入垫圈和密封件,导致其失效。正如在阿波罗任务中发现的那样,月球尘埃被带入宇航员的栖息地,从而引起了长期的肺部问题。

2.非均匀电场除尘试验

为了对月球和火星以及其他探索做准备,欧空局启动了DEAR项目(尘埃环境应用和研究),为系统地研究风化层与空间探索设备表面和系统的相互作用提供可行性方案。该项目旨在通过不同方法开发和测试去除各种表面灰尘的策略,包括电场和振动技术。

位于德国布伦瑞克的弗劳恩霍夫IST研究所牵头了一个子项目,利用不均匀电场移除敏感材料表面的灰尘颗粒。首先,他们尝试了不同的数学模型,以预测不同几何形状和电路间距以及外加信号在脉冲形状、正负极性和电压方面的影响。根据调研结果和建议,挪威的 Gusland 咨询公司进行了系统的实验测试,以验证预期,并最终得到了最佳设计 - 高压偏置的脉冲性能最佳。

最终确认的几何图形设计和测试示例:在标准FR4测试样品上使用500V脉冲和7.5V偏压移动粒子。

3.LPKF ProtoLaser系统高精度加工PET薄膜

LPKF ProtoLaser U4 在ROWO Coating 公司提供的透明薄膜上加工了设计好的样品图形。在 200 μm PET 薄膜上覆盖所需材料,并用紫外激光器从数个接触焊盘上去除表面氧化层,以实现复杂几何形状的电接入。

LPKF ProtoLaser U4集成紫外激光器,具有多种材料加工能力。紫外激光器的高脉冲能量可实现无残留的消融过程,实现精准无残留的几何图形加工。LPKF ProtoLaser U4 能够快速准确地制作几何图形或切割各种材料,是一款高精度多功能的加工工具。

LPKF ProtoLaser U4可以精确地进行电路板分板,没有机械应力,可钻微孔,并在焊盘上开窗。紫外激光器还可切割和加工LTCC、烧结陶瓷,聚酰亚胺薄膜,精细半固化片,甚至可以在ITO/TCO基材中形成不可见结构。它也可以轻松处理层压材料,如FR4和特定的RF以及基板。

LPKF ProtoLaser U4配备了强大的CircuitPro Advanced软件,丰富的材料数据库,可为各种材料提供最佳的激光参数。因为激光不直接接触材料,不产生设备耗材成本。微材料加工得益于激光的精细光斑直径,精确的z轴聚焦和对加工位置的精确控制,使其成为高精度应用的卓越工具。

而对于PET薄膜材料结构,另一台LPKF ProtoLaser R4激光设备加工效果更优。系统配备了亚飞秒超快激光器,可以在没有任何热影响的情况下对薄膜基材进行极其精确的图形制作,以及针对硬化或烧制后基材的精确切割。

来源:LPKF乐普科

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