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激光材料加工之十大里程碑事件(下)

        9.激光打标 
         
        就安装的数量而言,激光打标/雕刻是工业激光应用最大的领域,在全球安装了数以万计的设备。1960年代中期,激光制造商及其客户试着在一个固定的激光束下移动轴x和y轴方向的工件来完成块状字符的雕刻。激光打标通过利用振镜扫描Nd:YAG激光束的应用可追溯到1973,当时Korad公司开发了一个系统,采用的是5瓦的连续波钨卤素激光器,General Scanning公司的振镜扫描技术,采用的是卡尔蔡司平域镜头和一台PDP8小型电脑。1974年,Control Laser公司推出了一款晶圆打标机,配有30W 调Q型Nd:YAG激光器西门子S319计算机。 

                                                       图9、人造髋关节上的激光雕刻模式标刻
                                                               (Quantrad公司)

        其他几个激光供应商先驱曾成功开发了多例防盗标记的应用。其中最著名的一个例子就是运用Nd:YAG激光打标机在电动打字机底盘内部标刻上一系列数字,以保证不会被磨去产品身份编号。这样,用户改进了标记的质量和持久性,提高了生产效率,并减少了手工操作冲压模具。激光打标的这些特点沿用到了后来的激光打标应用中,比如,金属髋关节的打标(见图9)是为了标记保修书和追踪产品的情况,即使到今天也在使用这项技术。第一次的市场反应是在1978年,Control Laser公司收到了150台激光打标机的定单,用来对硬质合金嵌入式刀片和锯片进行打标。1982年Baasel Lasertech公司在德国汉诺威工业博览会上首次展出50W的Nd:YAG激光打标机。

        与激光打标并行发展的是激光雕刻市场的兴起,1973年位于美国加州的光学工程学会的工程师们发明了网状掩膜,可以通过CO2激光束扫描将掩膜图案复制到一块木头上。
        
        从这项工作中诞生了一个新的市场——木雕奖牌/礼品,带来了一个新的提供低成本雕刻系统的行业。今天有成千上万的雕刻机被广泛运用于世界雕刻产业。
        
        激光打标/雕刻随着无数的激光技术的发展而成为两个不同的分支,随着技术进步,出现了低维护率的激光器,低功率光纤激光器,用户友好的编程软件,高速振镜扫描打标机,用于彩色打标的化学添加剂。二维矩阵码标技术对追踪应用产生了革命性的影响,特别是在身份证卡片制造领域。
        
        标记/雕刻技术的应用推动了最可靠的激光系统在过去20年的发展;为长时间的生产应用所设置的标准创造了第一台商业化的激光标刻产品。今天,每年7亿美元的激光打标系统市场仍继续以每年20%速度增长,因为激光技术现在已经成为满足安全规定而进行序列号标记和实现追踪性的选择。 
         
         10.电路调制 
         
       
1960年代末,美国贝尔实验室首次利用激光调制微电路,以满足电气性能的要求。1971年,Motorola公司应用Korad公司 Nd:YAG激光器和相干公司的CO2激光器,完成了一些利用激光进行电路微调的早期开发工作。1972年Teledyne公司和1973年Quantronix公司各自推广了激光微调系统。 ESI公司早期的自动化激光微调系统如图10所示。 

         

图10、Nd:YAG激光修整电阻材料(ESI公司)

        该工艺使用了一束聚焦的激光束,通过蒸发去除沉积电路中的一段,这样一个冗余电路将取代之前从电路中切除的部分,使其符合与严格设计要求一致的电路特性。
        
        这项早期的工作催生了一个产业, 推动了各项新技术和工艺的诞生,包括探测测量技术、晶圆和芯片加工、激光和加工的CNC控制等。从此,数以千计的复杂的电路调阻设备在许多公司被安装,至今仍有很多公司向世界各地提供该种设备。
        
        从早期到现在,全球市场已经安装了约5000台激光调阻机,市场价值接近6亿美元。 
         
        其它应用 
         
        在所有重要的材料加工应用方面,较为突出的有:焊接铝窗口垫片,切割木模板,男装定制裁切,焊接吉列剃须刀片,汽车白车身的激光焊接和钎焊。以上的每一种应用都为自动激光加工系统的设计带来了新的突破,也为使用这些技术的行业本身带来革命性的影响。这些产品并不因为售出的数量较少而降低技术本身的重要性,也并不会减少它们对整个工业激光材料加工所做的贡献;如前所述,由于我们对标准进行了严格的规定,所以可以将选择的数量缩小到十个。
        
        估计目前在全球制造业安装超过42万台工业激光系统,价值超过180亿美元。这是一个令人惊叹的数字,其根源可追溯至本文中提到的早期激光应用。而且,我们有这个责任去认可那些工艺和设备开发商为这一成就做出的贡献,以及那些“冒险家们”,正是他们购买了最早的激光加工系统。(作者:David A. Belforte  ) 

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