激光加工设备分别为激光打孔/焊接/切割/打标
1激光精密打孔
随着技术的进步,传统的打孔方法在许多场合已不能满足需求。例如在坚硬的碳化钨合金上加工直径为几十微米的小孔;在硬而脆的红、蓝宝石上加工几百微米直径的深孔等,用常规的机械加工方法无法实现。而激光束的瞬时功率密度高达W/cm2,可在短时间内将材料加热到熔点或沸点,在上述材料上实现打孔。与电子束、电解、电火花、和机械打孔相比,激光打孔质量好、重复精度高、通用性强、效率高、成本低及综合技术经济效益显著。国外在激光精密打孔已经达到很高的水平。瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔,可以加工直径从20μm到80μm的微孔,并且其直径与深度之比可达1∶80。激光束还可以在脆性材料如陶瓷上加工各种微小的异型孔如盲孔、方孔等,这是普通机械加工无法做到的。
激光打孔2激光精密切割
与传统切割法相比,激光精密切割有很多优点。例如,它能开出狭窄的切口、几乎没有切割残渣、热影响区小、切割噪声小,并可以节省材料15%~30%。由于激光对被切割材料几乎不产生机械冲力和压力,故适宜于切割玻璃、陶瓷和半导体等既硬又脆的材料,加上激光光斑小、切缝窄,所以特别适宜于对细小部件作各种精密切割。瑞士某公司利用固体激光器进行精密切割,其尺寸精度已经达到很高的水平。
激光切割激光精密切割的一个典型应用就是切割印刷电路板PCB(PrintedcircuitsBoards)中表面安装用模板(SMTstencil)。传统的SMT模板加工方法是化学刻蚀法,其致命的缺点就是加工的极限尺寸不得小于板厚,并且化学刻蚀法工序繁杂、加工周期长、腐蚀介质污染环境。采用激光加工,不仅可以克服这些缺点,而且能够对成品模板进行再加工,特别是加工精度及缝隙密度明显优于前者,制作费也由早期的远高于化学刻蚀到现在的略低于前者。但由于用于激光加工的整套设备技术含量高,售价亦很高,目前仅美国、日本、德国等少数国家的几家公司能够生产整机。
3激光精密焊接
激光焊接热影响区很窄,焊缝小,尤其可焊接高熔点的材料和异种金属,并且不需要添加材料。国外利用固体YAG激光器进行缝焊和点焊,已有很高的水平。另外,用激光焊接印刷电路的引出线,不需要使用焊剂,并可减少热冲击,对电路管芯无影响,从而保证了集成电路管芯的质量。
激光焊接4激光打标
激光打标技术是激光加工最大的应用领域之一。激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,这对产品的防伪有特殊的意义。
激光打标聚焦后的极细的激光光束如同刀具,可将物体表面材料逐点去除,其先进性在于标记过程为非接触性加工,不产生机械挤压或机械应力,因此不会损坏被加工物品;由于激光聚焦后的尺寸很小,热影响区域小,加工精细,因此,可以完成一些常规方法无法实现的工艺。
激光加工使用的“刀具”是聚焦后的光点,不需要额外增添其它设备和材料,只要激光器能正常工作,就可以长时间连续加工。激光加工速度快,成本低廉。激光加工由计算机自动控制,生产时不需人为干预。
激光能标记何种信息,仅与计算机里设计的内容相关,只要计算机里设计出的图稿打标系统能够识别,那么打标机就可以将设计信息精确地还原在合适的载体上。因此软件的功能实际上很大程度上决定了系统的功能。
5国内现状
经过二十多年的努力,在激光精密加工工艺与成套设备方面,我国虽然已在陶瓷激光划片与微小型金属零件的激光点焊、缝焊与气密性焊接以及打标等领域得到应用,但在激光精密加工技术中技术含量很高、应用市场广阔的微电子线路模板精密切割与刻蚀工艺、陶瓷片与印刷电路板上各种规格尺寸的通孔、盲孔与异型孔、槽的激光精密加工等方面,尚处于研究与开发阶段,未见有相应的工业化样机问世。国内的广大用户一般采用进口模板或到香港等地委托加工,其价格高、周期长,严重影响了产品开发周期;近年来,国外少数大公司看到我国在激光精密加工业中巨大的潜在市场,已开始在我国设立分公司。但高昂的加工费用增加了产品成本,仍使许多企业望而却步。
6激光精密加工技术的发展趋势及前景
优质、高效、稳定、可靠、廉价的激光器是精密加工推广应用的前提,激光精密加工的发展趋势之一就是加工系统小型化。近年来,二极管泵浦激光器发展十分迅速,它具有转换效率高、工作稳定性好、光束质量好、体积小等一系列优点,很有可能成为下一代激光精密加工的主要激光器。加工系统集成化是激光精密加工发展的又一重要趋势。将各种材料的激光精密加工工艺系统化、完善化;开发用户界面友好、适合激光精密加工的专用控制软件,并且辅之以相应的工艺数据库;将控制、工艺和激光器相结合,实现光、机、电、材料加工一体化,是激光精密加工发展的必然趋势。
国内在激光加工的工艺与设备方面虽然与国外存在较大的差距,但是如果我们在原有基础上不断提高激光器的光束质量和加工精度,结合材料的加工工艺研究,尽可能地占领激光精密加工市场,并逐步向激光微细加工领域中渗透,就可以推动激光加工技术的迅速发展,并最终会使激光精密加工形成较大的规模产业。