雷射切割技术.ppt

圖4.44　4000W連續片狀固體雷射器 圖4.45　微加工用的750W連續片狀固 體雷射器 4.6.2　大功率光纖雷射器 光纖雷射器以其免維護、壽命長、環境溫度影響小、光束模式好等優勢，必將會開拓雷射加工應用的新市場。 IPG公司700W的單光纖雷射器，光纖的輸出端最佳的光束參數小於1.4mm．mrad，遠優於目前市場上的千瓦級的CO2雷射器的輸出光束參數（大於12mm．mrad），並且具有極好的輸出光束。在150mm長焦深的情況下，其光束錐度不大於，而焦點處光斑直徑小於50?m，因此可以為工作區提供輸出高功率密度的能力。光纖雷射器還有如下優點：轉換效率高，可達20%以上。壽命長，甚至可達10×104h，可長期連續運行。一體化設計，無需光學調校和維護，可在各種環境條件下運轉。無機械穩定問題，靈活的光纖輸出，特別適合於三維數控切割加工。 光纖雷射器優異的光束品質使其能很好地聚焦，可成功地切割那些有很高反射率的材料，如鋁、銅等金屬材料。 圖4.46　IPG公司的單光纖雷射器 2.雷射切割圓形模切板[10] 圓形模切板在國內基本還採用傳統的手工鋸縫，精度和重複性很難達到要求，國內多家單位展開了雷射切割技術的研究，解決圓形模切板雷射切割的技術問題。與平壓平模切機不同，圓壓圓模切機除可與卷筒紙印刷機組成聯機模切外，還能單獨使用，具有生產效率高、速度快、模切壓痕更精確的優點。 圖4.26　雷射切割的圓形模切板 圖4.27　模切板的雷射切割機 三、雷射切割用於層疊衝模模具的製造 雷射切割普通合金工具鋼衝模已用於工業生產。雷射切割200片高強度鋼板疊片式衝模（每片1.2mm）只需要10h，而採用傳統的模具加工方法則需要100～200h。為了降低雷射切割含鉻鋼疊片式衝模切口的表面粗糙度，有人採用液氧、液氮等液體直接冷卻板材的方法[11]。 為了提高模具的壽命，人們想到了用雷射切割鋼結硬質合金[12]作為疊片式衝模的最上一層。淬火約3～5mm厚度的GW50鋼結硬質合金，含有40%～50%WC，是一種高熔點、高硬度（硬度68～72HRC）、高耐磨材料，切削加工很困難，導電性差，因此電火花加工效率低。雷射切割顯著地提高了硬化區的表面硬度達35%以上，割縫兩邊形成了一個熱影響硬化區，深度達0.1～0.25mm，硬度達1100～1600HV。 4.4.4　三維雷射切割 經過模具壓軋成型後的汽車板金為立體形狀，一般再加工較為困難，而五軸聯動的CO2雷射加工機可靈活地進行壓邊的切除和孔洞的開挖等空間曲線切割，充分顯示出雷射加工的優越性。 由於雷射切割精度高，且快捷靈活，所以在切割金屬薄板領域中仍有廣泛的應用，如小汽車車身成型後開天窗等。 圖4.28　三維雷射切割機 4.5　脈衝固體雷射的切割應用 一、微噴水波導雷射技術 微噴水波導雷射（Water.jet guided laser）技術是通過一光學系統將雷射光束引入很細的水柱，水柱（水柱光波導）隨即將雷射能量通過全內反射導向工件，而不需進一步聚焦。水柱可引導的光功率密度達到50MW/cm2，一般採用調Q的Nd：YAG雷射器，平均輸出功率為30～70W。水柱噴射速度很快，水壓強度很低，約100～300Pa，金剛石噴嘴在射流中形成層流，以提供穩定的光波導。水柱直徑50～100?m，最大流速約1L/min，通過50～100mm的距離射向工件，其焦深極大。一般工作檯定位精度小於5?m。由於液化材料的排出更有效，同時減小了電漿屏蔽效應，其切割速度往往超過或相當於傳統雷射切割技術處理薄板（小於1mm）材料的速度。 微噴水波導雷射技術，可以用於一些其他方式難以加工的材料的完全切割，如形狀記憶合金、鉻鎳鐵合金、矽、砷化鎵、鍺、磷化銦和碳化矽晶片等的切割。 圖4.29　微噴水波導雷射切割晶片原理 二、微噴水波導雷射切割晶片 對於不同形狀的電池，可供選擇的製作方法還包括水切割和傳統雷射切割。水柱切割會導致裂紋、碎屑之類的損耗，傳統雷射切割產生餘料、微裂等副作用，採用脈衝光纖雷射器作為微噴水波導雷射切割光源的效果好。如1060nm IPG脈衝光纖雷射器，平均功率100W，脈衝寬度100ns，重複頻率50kHz。切割50?m厚度矽片的速度為200mm/s。 圖4.30　Synova公司的微噴水波導雷射 切割機 圖4.31　微噴水波導雷射切割100?m厚 矽晶片的不同圖形照片 圖4.32　微噴水波導雷射切割180?m厚GaAs/Ge晶片的不同圖形照片 圖4.33　很強的初始脈衝會產生一個凹坑並破壞晶片 4.5.2　紫外脈衝雷射切割高精度模板 一、SMT金屬模板的雷射切割[18] 在表面黏著元件之前，需要採用絲網印刷技術，將焊錫膏印刷到電路板