图1：选择性激光蚀刻可以生产带空腔、隧腔、任意底切样式，甚至嵌入式运动部件
选择性激光蚀刻（selective laser-induced etching，简称SLE）是用于快速制造采用熔融石英、超低膨胀玻璃（ULE）或蓝宝石等透明材质制成的高精度3D装置的一种新型激光技术。通过SLE技术，部件可被加工成带空腔、遂腔、任意底切样式，甚至嵌入式运动部件（图1）。
选择性激光蚀刻:两步法工艺
在第一道步骤中，超快激光辐射被聚焦到微米级焦斑上，这种材料对所使用的激光辐射波长是透明的。由于非线性吸收过程发生在所施加的非常高的激光强度（>1012W/cm2）上，因此，材料只吸收焦斑处的激光辐射。所吸收的能量导致材料在一个非常有限的体积内部受热、随后经历淬火流程，从而令透明材料实现永久性的改变。这种激光表面改性工艺不会产生裂纹，并且可以实现非常高精度的加工。
然而，请不要将这一点与在玻璃中被广泛使用的激光制作的3D图像相混淆，尽管两者有一些相似之处。通过对焦点处进行逐条、逐层的3D扫描，玻璃内部会形成一个完整的3D连通体。
接着，在第二个步骤中，将工件从激光机器上取出并放进蚀刻槽中，只有改性材料被溶解在流体蚀刻化学剂中。蚀刻从表面开始，然后逐步进入工件，随后将先前用激光辐射改性过的材料全部清除掉。
选择性激光蚀刻技术的高精度源自于其极高的选择性，正如该缩写词汇所示，选择性是指改性材料与未处理材料的蚀刻率的比例。例如，熔融石英的选择性大于1000:1，随后蚀刻中的单束激光辐射可形成带较小锥度的精细狭长通道。其它透明材料在SLE加工过程中也显示出很高的选择性，如Borofloat33硼硅玻璃、蓝宝石、ULE或碱石灰玻璃。总体来说，这种高选择性是实现更复杂的3D结构的基础，因为它们是通过叠加射线的激光改性工艺被生产出来的。
选择性激光蚀刻的优点是能实现高精度（为1μm），蚀刻后的材料内部无残余应力，并且具备真正的3D功能。因为其与3D打印有几个方面是类似的，SLE技术可被视为透明材料的一种3D打印技术，所不同的是，它采用的是减材法。与增材3D打印相反，随后无需强制性地去除支撑结构。
在SLE加工过程中，剩余的玻璃或晶体来自于原来的数据表单，所有参数已知，因为发生变化的玻璃材料已经通过湿化学蚀刻法被去除。由此产生的好处是，没有必要对已经认证的材料进行新的认证。虽然选择性激光蚀刻表面的初始表面粗糙度Ra 约为200nm，却未产生可能在机械负荷条件下导致失效的微裂纹或亚表面缺陷。因此有望用于柔性轴承领域。
目前，SLE技术在熔融石英中的应用情况是能够高效正确完成高度为7mm以内、精度约10μm、最大隧腔长度10mm的高复杂性的3D部件的加工。此外，加工更高精度或更长隧腔的部件也是可行的，但必须通过生产和测量的迭代，才能使部件满足精度要求。
选择性激光蚀刻的功能
选择性激光蚀刻已被证明是一种适用于各种技术领域以及具有不同应用要求的熔融石英部件的制造技术，它不仅适用于原型制造，而且还能批量化生产各种设备和结构。
图2：一款直径测得为15mm 的六角形玻璃部件
已经在一个直径测得为15mm的六角形玻璃部件中生产出用于毛细管电泳的耦合芯片（图2），可以将毛细管集聚在一起，在化学分析中不会出现可检测到的死体积。配备了芯片尺寸为34×12×2mm、形状复杂的3D微通道的快速药敏试验用光驱动细胞分选仪在生物制药技术和食品及洗涤剂生产中非常有用。新型的3D喷嘴在不同市场上都可以找到应用，如用于燃油喷射甚至被作为有助于肺部疾病的吸入器。例如，使喷雾产生旋转的空心锥形喷嘴，可以让高2m、直径60μm的喷嘴的燃烧变得更稳定（图4）。
图3：配有复杂3D 微通道的快速药敏试验用光驱动细胞分选仪
可以在半导体或电子产品用玻璃或蓝宝石上钻出许多形状不一定是圆形的超精密微孔，如薄玻璃孔（TGVs）或显示器玻璃孔。即使加工出具有2500个直径为150μm的孔域，其中有些孔的直径低至10μm，标准直径偏差＜0.5μm，也是可能的（图5）。
图4：空心锥形喷嘴使燃烧更加稳定
单个微机电系统（MEMS）器件可以夹持住带有柔性轴承的光纤或用作惯性传感器。弯曲部分切薄至10-20μm，依然具有良好的机械稳定性，因为材料表面或表面下方没有损伤或残余应力。图6为从一个1mm的熔融石英晶圆精密切割的宽度为30μm的挠曲部分。
图5：可以在半导体或电子产品用薄玻璃或蓝宝石上钻出许多超精密微孔
通过快速的Lightfab 3D打印机和数字化生产用创新性CAD/CAM/NC软件系列产品，可以生产出复杂的高精度3D零件，包括自适应分层和变量填充策略。3D玻璃零件精度的进一步提高是通过由3D CAD数据自动生成的曲面矢量实现的，避免了来自诸如STL文件的多边形错误。除了3D设计，耦合芯片的轮廓，包括精确的对准结构，也在相同的加工步骤中完成，从而减少了后处理或进一步精密定位和校直的需要。经蚀刻和清洗后，这样的3D精密玻璃零件就可以使用了。
图6：为从一个1mm 的熔融石英晶圆精密切割的宽度为30μm 的挠曲部分
当在原型制造过程中发现某个有前景的设计，客户希望进行较大批量的系列化生产甚至规模化生产时，SLE技术提供了扩展至大批量生产的可能性。目前，对生产效率唯一的制约是焦斑在材料中的移动速度究竟能有多快。因此，提高扫描速度可以帮助提高生产率。
通过设计和集成针对所需制造部件定制的专用型快速光束偏转模块，有望实现扩产，并为可转化为大批量生产的快速原型技术提供了仅有的可能性。因此，玻璃精密零件的3D打印不再仅是针对原型的利基应用。
正在进行的开发包含混合制造工艺，例如，在来自相同的机器，并且由SLE技术打造的微流体通道内生产出两个光子聚合结构。激光抛光可以应用于已由SLE工艺加工的结构，为未来生产形状复杂的光学元件（如自由曲面的光学元件、非球面和轴棱锥）铺平道路。
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