2、激光加工蓝宝石的优势

　　蓝宝石是超坚硬材料，普通的硬加工容易使蓝宝石发生裂痕、破碎，因此目前逐渐使用激光加工。

　　自20 世纪激光问世不久，激光加工技术就受到人们的重视，经过40 多年的发展，至今已成为先进制造技术的重要组成部分。基于激光束具有单色性好、能量密度高、空间控制性和时间控制性良好等一系列优点，目前它已广泛应用于材料加工等领域。其中紫外激光的波长短、能量集中、分辨率高，因此在去除焊料外壳、在电子线路板上钻微孔、在薄膜或薄片材料中制作微通道、进行精密切割和对接等微加工领域具有广泛的应用。红外或可见光通常靠产生集中局部的加热使物质熔化或气化的方式来进行加工，但这种加热会导致周围区域严重破坏，因而限制了边缘强度和产生小精细特征的能力，而紫外激光是通过直接破坏连接物质原子组分的化学键，这种将物质分离成原子的过程是一个“冷”过程，不产生对外围加热。该特性使紫外激光器成为加工薄橡胶和塑料制品类脆弱物质的理想工具，不仅如此，大多数材料都能有效吸收紫外光，从而可被用来加工红外光和可见光激光器加工不了的材料。

　　激光光束在蓝宝石等坚硬、易碎的材料特别能展现出良好的效果。它们不会磨损且能聚焦到最小直径。扫描振镜能灵活定位光束，能几乎满足各种形状轮廓的加工需要。超短脉冲激光器（图1）特别适合加工易碎的材料。对于小于10皮秒的激光脉冲，在热传导到周边的材料上之前，被加工区域的材料已经汽化了。只要激光参数精确调整到和应用相匹配，那么就不需返工。

　　图1：为了将超短脉冲激光的卓越特性应用到高生产率要求的工业制造中，通快按比例增加了皮秒激光光器TruMicro 5000的输出功率。

　　当加工易碎材料时，避免产生小裂缝是经常要遇到的挑战，这些小裂缝会削弱零部件的强度。产生裂缝的一个原因是过度的热量进入了零部件。热量导致材料膨胀，加快了裂缝的生成。适当的加工策略可以防止小裂纹的形成。这其中就包括精准定义加工参数，如脉冲能量、 脉冲重叠度、 重复频率、 焦点直径和激光加工次数。最佳工作点取决于材料、 加工形状、加工时间和质量的要求，并通过应验试验加以确认。位于德国南部Ditizingen的Trumpf公司和德国西部 Aachen的Fraunhofer激光技术研究所开展联合研究，发展了优化激光加工脆性材料效果的理论基础。

　　不同标准可用来评估质量：零部件的弯曲强度（用来测量材料的断裂强度，裂缝会使断裂强度降低）、切割边缘粗糙度以及边缘视觉效果。切割边缘的情况可以通过光学显微镜以及借助扫描电子显微镜来测量。（图2）

　　图2：激光加工的蓝宝石微结构的扫描电镜图像

　　激光加工适用于任何棘手情况的蓝宝石

　　蓝宝石是地球上仅次于钻石第二坚硬的材料，很难使用机械的方法来加工。使用激光器来切割蓝宝石是当今LED制造业的标准加工方法，蓝宝石在这里用作基板衬底。由于其抗划伤性和透光性，蓝宝石会用来生产手表和光学仪器的保护镜面。

　　当加工细小的轮廓时，超短脉冲激光器可以实现精准的加工。例如当切割圆形部件和钻微孔时，柔性的轮廓加工可以通过高速扫描器来实现。超短脉冲除去了加工时的热影响，从而产生极好的切割边缘质量。图3显示了 0.4 毫米厚的圆形、 正方形和三角形轮廓，使用 TruMicro 5070 红外皮秒激光切从蓝宝石上切割下来。最小轮廓尺寸是0.2毫米。与超短脉冲相结合的智能加工方式可以避免形成缺口及开裂。经验表明100微焦左右的脉冲能量是最佳的。例如，将脉冲能量为250微焦的激光光束分成两个125 微焦的独立激光光束同时加工两个零部件就可以获得更高的产量。卓越的加工质量取决于加工方法、 除尘和工件夹具之间的适宜的配合。

　　图3：圆形，正方形和三角形轮廓，0.4毫米厚，使用红外皮秒激光器“TruMicro 5070”从蓝宝石上切割下来