TècnicIntroducció
El processament làser és la tecnologia de processament més avançada, que utilitza principalment el làser d'alta eficiència per gravar i tallar materials. L’equip principal inclou un ordinador i una màquina de tall (gravat) per làser. El procés d’utilitzar el tall i tall de làser és molt senzill, igual que fer servir un ordinador i una impressora per imprimir en paper i utilitzar diversos programes de processament gràfic (CAD, circuitcam, CorelDRAW, etc.) per al disseny gràfic. Després, els gràfics es transfereixen a la màquina de tall per làser (talla), que pot tallar (tallar) fàcilment els gràfics a la superfície de qualsevol material i tallar les vores segons els requisits de disseny.
Des de la invenció del làser de rubí als Laboratoris Bell el 1960, el làser s’ha anat aplicant gradualment a equips audiovisuals, gamma, equips mèdics, processament i altres camps.
En el camp del processament làser, tot i que el preu del transmissor làser és molt car (centenars de milers a milions), però com que el processament làser té els avantatges que el processament tradicional no pot coincidir, el processament làser ha representat més del 50% del processament indústria als Estats Units, Itàlia, Alemanya i altres països.
El raig làser es pot enfocar a una mida molt petita, de manera que és especialment adequat per al mecanitzat de precisió. Segons la mida dels materials processats i els requisits de precisió del processament, la tecnologia de processament làser es divideix en tres nivells:
(1) La tecnologia de processament làser de materials a gran escala, amb plaques gruixudes (de diversos mil·límetres a dotzenes de mil·límetres) com a objecte principal, la seva precisió de processament és generalment a nivell de mil·límetre o submil·límetre;
(2) La tecnologia de processament de làser de precisió pren la placa fina (0,1-1,0 mm) com a objecte principal de processament i la seva precisió de processament és generalment de deu micres;
(3)Tecnologia de micromecanització làser, dirigida a tot tipus de pel·lícules fines amb un gruix inferior a 100 μm com a objecte principal de processament, la seva precisió de processament és generalment inferior a 10 μm o fins i tot sub μm.
En la indústria mecànica, la precisió sol referir-se a la petita rugositat superficial i al petit rang de diverses toleràncies (inclosa la posició, la forma, la mida, etc.). El"&de precisió quot; aquí es refereix a la petita bretxa a la zona processada, és a dir, la mida límit que es pot aconseguir mitjançant el processament és petita.
En els tres tipus de processament làser anteriors, la tecnologia de processament làser de peces a gran escala ha esdevingut cada vegada més madura i el grau d’industrialització ha estat molt elevat; la tecnologia de microprocessament làser, com ara la posada a punt làser, el gravat de precisió làser, la tecnologia d’escriptura directa amb làser, també s’ha utilitzat àmpliament a la indústria.
El mecanitzat de precisió làser té les següents característiques destacables:
(1) Àmplia gamma: el mecanitzat de precisió làser té una àmplia gamma d'objectes, inclosos gairebé tots els materials metàl·lics i no metàl·lics; adequat per a la sinterització, perforació, marcatge, tall, soldadura, modificació de superfícies i deposició química de vapor de materials.
El mecanitzat electroquímic només pot processar materials conductors, el mecanitzat fotoquímic només es pot utilitzar per a materials corrosius, el mecanitzat de plasma és difícil de processar alguns materials amb un alt punt de fusió.
(2) Precís i meticulós: el feix làser es pot enfocar a una mida molt petita, de manera que és especialment adequat per al mecanitzat de precisió. En general, el mecanitzat de precisió amb làser és superior a altres mètodes de mecanitzat tradicionals a causa dels seus pocs factors que influeixen i de l’alta precisió de mecanitzat.
(3)Alta velocitat i alta velocitat: des de la perspectiva del cicle de mecanitzat, l'elèctrode d'eina EDM requereix una alta precisió, grans pèrdues i un cicle de mecanitzat llarg; el mecanitzat electroquímic de la cavitat i la superfície del disseny del motlle del càtode del motlle és gran i el cicle de fabricació és llarg; el procés de mecanitzat fotoquímic és complex; l’operació de mecanitzat amb precisió làser és senzilla i l’amplada de la ranura és fàcil de controlar, que es pot emetre immediatament segons el dibuix de l’ordinador. El gravat, el tall i el processament d’alta velocitat són ràpids i el cicle de processament és més curt que altres mètodes.
(4) Segur i fiable: el mecanitzat de precisió làser pertany al mecanitzat sense contacte, que no provocarà extrusió mecànica ni tensions mecàniques en els materials; En comparació amb el mecanitzat d'electroerosió i plasma, la seva zona afectada per la calor i la seva deformació són molt petites, de manera que pot processar peces molt petites.
(3)Baix cost: no limitat pel nombre de processos, per als serveis de processament per lots petits, el processament làser és més barat. Per al processament de productes grans, el cost de fabricació de motlles dels productes grans és molt alt, el processament làser no necessita fabricació de motlles i el processament làser pot evitar completament l’ensorrament del material durant el punxonat i el tall, cosa que pot reduir considerablement el cost de producció de empreses i millorar la qualitat dels productes.
(6) La costura de tall és petita: la costura de tall del tall per làser sol ser de 0,1-0,2 mm.
(7) Superfície de tall llisa: la superfície de tall per làser està lliure de rebaves.
(8) Petita deformació tèrmica: la costura de tall per làser del processament amb làser és fina, ràpida i concentrada en energia, de manera que la calor transferida al material a tallar és petita, cosa que provoca una deformació molt petita del material.
(9) Estalvi de materials: processament làser amb programació informàtica, poden ser diferents formes de productes per a la nidificació de materials, maximitzar la utilització de materials i reduir considerablement el cost dels materials de l'empresa.
(10)És molt adequat per al desenvolupament de nous productes: un cop formats els dibuixos del producte, el processament amb làser es pot realitzar immediatament i podeu obtenir els nous productes en el menor temps possible.
En general, la tecnologia de mecanitzat de precisió làser té molts avantatges respecte als mètodes de mecanitzat tradicionals i la seva aplicació és molt àmplia.
Generalment, els làsers utilitzats per al mecanitzat de precisió són: làser CO2, làser YAG, làser de vapor de coure, làser excimer i làser CO.
Entre ells, el làser CO2 d’alta potència i el làser YAG d’alta potència s’utilitzen àmpliament en la tecnologia de processament de làser a gran escala; el làser de vapor de coure i el làser excimer s’utilitzen àmpliament en la tecnologia de microprocessament làser; el làser YAG de mitjana i baixa potència s’utilitza generalment en el processament de precisió.
ComúAaplicacions
(1) Perforació amb precisió làser
Amb el desenvolupament de la tecnologia, els mètodes de perforació tradicionals no poden satisfer les necessitats en moltes ocasions. Per exemple, és impossible processar forats petits amb un diàmetre de desenes de micres sobre aliatge de carbur de tungstè dur i forats profunds amb un diàmetre de centenars de micres sobre vermell dur i trencable i safir mitjançant mètodes de mecanitzat convencionals.
La densitat de potència instantània del feix làser és de fins a 108 w / cm2. El material es pot escalfar fins al punt de fusió o ebullició en poc temps i es poden perforar els materials anteriors. En comparació amb el feix d’electrons, l’electròlisi, l’espurna elèctrica i la perforació mecànica, la perforació làser té els avantatges de bona qualitat, alta precisió de repetició, elevada universalitat, alta eficiència, baix cost i notables avantatges tècnics i econòmics. Els països estrangers han assolit un nivell molt alt de perforació de precisió làser.
Una empresa suïssa utilitza un làser d’estat sòlid per perforar les pales de la turbina dels avions. Pot processar micropors amb diàmetres que oscil·len entre els 20 μm i els 80 μm, i la proporció de diàmetre a profunditat pot arribar a 1:80. El feix làser també es pot utilitzar per processar diversos tipus de forats en forma de micro sobre materials fràgils com ceràmica, com ara forats cecs, forats quadrats, etc., que no es poden aconseguir mitjançant un mecanitzat ordinari.
En comparació amb el mètode de tall tradicional, el tall amb precisió làser té molts avantatges. Per exemple, pot tallar una incisió estreta, gairebé no hi ha residus de tall, la zona afectada per la calor és petita, el soroll de tall és petit i pot estalviar del 15% al 30% del material.
Com que el làser difícilment pot produir pressió i impulsos mecànics sobre el material que es talla, és adequat per tallar vidre, ceràmica, semiconductors i altres materials durs i fràgils. A més, el punt làser és petit i la ranura és estreta, de manera que és especialment adequat per a tot tipus de tall de precisió de peces petites. Una empresa suïssa utilitza un làser d’estat sòlid per tallar amb precisió i la seva precisió dimensional ha assolit un nivell molt alt.
Una aplicació típica del tall de precisió làser és tallar plantilla SMT en plaques de circuits impresos. El mètode de processament tradicional de la plantilla SMT és el gravat químic. El seu desavantatge fatal és que la mida límit del processament no ha de ser inferior al gruix de la placa, i el procés de gravat químic és complex, el cicle de processament és llarg i el medi corrosiu contamina el medi ambient.
Mitjançant el processament amb làser, no només es poden superar aquestes deficiències, sinó que també es pot processar de nou la plantilla acabada, especialment la precisió de processament i la densitat de bretxa són òbviament millors que les primeres, i el cost de producció també és lleugerament inferior al primer el gravat químic. Tot i això, a causa de l’alt contingut tècnic i l’alt preu de tot el conjunt d’equips per al processament amb làser, només algunes empreses dels Estats Units, Japó, Alemanya i altres països poden produir tota la màquina.
(3) Soldadura per precisió làser
La zona afectada per la calor de la soldadura làser és molt estreta i la soldadura és petita, sobretot pot soldar materials amb un punt de fusió elevat i metalls diferents, i no necessita afegir materials. A països estrangers, el làser YAG d’estat sòlid s’ha utilitzat per soldar costures i soldar per punts a un nivell alt. A més, la soldadura làser de la línia de sortida del circuit imprès no requereix l’ús de flux i pot reduir el xoc tèrmic i no té cap impacte sobre el nucli del circuit, garantint així la qualitat del nucli del circuit integrat.
Després de més de 20 anys d’esforços, en tecnologia de mecanitzat de precisió làser i en equips complets, tot i que la Xina s’ha aplicat en soldadura per punt làser, soldadura de costures, soldadura hermètica i marcatge de làser ceràmic i micro i petites peces metàl·liques, però en làser tecnologia de mecanitzat de precisió, plantilla de circuit microelectrònic tecnologia de tall i gravat de precisió, ceràmica amb alt contingut tecnològic i ampli mercat d'aplicacions El mecanitzat de precisió làser de forats passants, forats cecs, forats anormals i ranures de diverses mides a la porcellana i la placa de circuit imprès encara és en l’etapa d’investigació i desenvolupament, i no hi ha cap prototip industrial corresponent.
En els darrers anys, algunes grans empreses estrangeres han vist l'enorme mercat potencial de la indústria del processament de precisió làser a la Xina i han començat a establir sucursals a la Xina. No obstant això, l’elevat cost del processament augmenta el cost dels productes i moltes empreses segueixen dissuadides.
Tendència de desenvolupament
El làser d'alta qualitat, alta eficiència, estabilitat, fiabilitat i baix cost és la premissa de la popularització i aplicació del mecanitzat de precisió. Una de les tendències de desenvolupament del mecanitzat de precisió làser és la miniaturització del sistema de mecanitzat. En els darrers anys, el desenvolupament del làser bombat amb díode és molt ràpid. Té una sèrie d’avantatges, com ara una alta eficiència de conversió, una bona estabilitat, una bona qualitat del feix, una mida petita, etc. És probable que es converteixi en el principal làser de la pròxima generació de mecanitzat de precisió làser.
La integració del sistema de mecanitzat és una altra tendència important del mecanitzat de precisió làser. És una tendència inevitable per al desenvolupament de mecanitzats de precisió làser per sistematitzar i perfeccionar el procés de mecanitzat de precisió làser de diversos materials, desenvolupar un programari de control especial amb una interfície d’usuari amigable i adequat per al mecanitzat de precisió làser i complementar-lo amb una base de dades de processos corresponent, combina el control, el procés i el làser per realitzar la integració del processament òptic, mecànic, elèctric i de materials.
Tot i que hi ha una gran bretxa entre la Xina i els països estrangers en matèria de tecnologia i equips de processament de làser, si millorem contínuament la qualitat i precisió de processament del feix làser sobre la base original, combinats amb la investigació de tecnologia de processament de materials, ocupem el mercat de en la mesura del possible i penetrar gradualment en el camp del microprocessament làser, podem promoure el ràpid desenvolupament de la tecnologia de processament làser. Finalment, el mecanitzat de precisió làser formarà una indústria a gran escala. IREI' làseres dedica al desenvolupament i producció d’equips làser de primer nivell per a usuaris de tot el món.