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激光精密加工的应用现状

导读: 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%。

  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108W/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20um到80um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。

  激光精密切割的一个典型应用就是切割印刷电路板PCB(PrintdCircuitsBoards)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(见图6),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。

  一、常规激光加工技术的发展与应用

  随着加工技术的创新和进步,目前常规激光加工的技术,如钻孔、切断、表面改性等,都有不同程度的进展。

  (一)钻孔

  早期激光钻孔采用定点冲击法:即在一个位置上用脉冲激光束不停地加工,直至孔通。这种加工方法,使加工的孔深和孔径均受到限制。

  高重复频率YAG激光器进入实用阶段后,出现了旋切钻孔法(Trepanning),即用专用光学旋转头或数控自动生成圆轨迹进行激光套料加工。这不仅消除了孔径限制,且由于有辅助吹气,加工区呈半敞开式,熔融物易排出,故孔表面质量好。

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