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CO2激光器如何坚守“最后的阵地”

  二氧化碳激光器是目前连续输出功率较高的一种激光,它发展较早,商业产品较为成熟,被广泛应用到材料加工、医疗使用、军事武器、环境量测等各个领域。在激光的发展和应用方面,CO2激光器的制作和应用较早也较多,早在1970年代末期,就有从国外直接进口CO2激光器,从事工业加工和医疗等应用。从80年代末期开始,CO2激光器被广泛引进并应用在在材料加工领域。

  一、工业CO2激光应用与发展

  为了比较详细完整的介绍CO2激光加工的应用状况,按其使用成本,本文以激光输出功率范围(小于200瓦,介于200到1600瓦间和大于1600瓦以上)作为划分标准,逐一介绍它在各个领域的应用情况。

  1、低功率(小于200瓦)CO2激光的应用

  早期进口和制造的CO2激光机器,均为小于200瓦的低功率激光器。主要为电子工业(如电阻制造、IC标志)、非金属加工业(竹木雕、服饰、制鞋、饰品制造等)和部份医疗和研究单位所使用。

  将CO2激光束透过一个光罩,聚焦于IC或半导体组件上作标志,这种CO2激光主要皆为TEA脉冲式。但随着标志加工速度的要求越来越快,加工品质的要求越来越高,以及固体激光的快速发展,最近新引进的标志加工用激光,已逐渐被固体的YAG激光所取代。

  用镂空的铜模罩住要雕刻的非金属材料,然后用CO2激光束在铜模上作快速扫瞄,即可在该材料上雕刻出复杂的图案。雕刻对象为木材、压克力、皮革和纸张等,另外也可以应用到雕刻特有的手工艺品,如竹片雕刻、软木浮雕、贝壳浮雕等。最近几年已转型用密封式CO2激光,直接以扫瞄振镜作少量多变化的礼品雕刻,以提高产品的附加价值。

图1 光纤激光器对CO2激光器发起挑战

  成衣和制鞋业曾经引领风骚十数年,也是引进国外或采用自产的低功率CO2激光加工较早的成功典型,主要是以50瓦激光来裁切制衣服用的马克板和鞋子样板,仅用于开发或少量多样的生产,故数量有限。也有少数150瓦左右的CO2激光直接作皮衣、皮件等生产用。另外计算机刺绣业有以激光配合CCD取样,直接将刺绣在一大张上的众多图案一一裁下。但是随着两种产业的外移和萎缩,CO2激光器在这方面的应用也没有增加。而采用低功率CO2激光来裁切家具或饰品上的装潢用薄树皮持续增长,主要结合造型设计和后段生产,附加价值较高。

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