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超短脉冲激光微加工实现近乎完美的零件加工

2017-01-29 00:01
夜隼008
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世界上需要的各类产品对更小、更智能零部件的需求,正在激励着激光微加工领域中不断涌现出激动人心的创新。超短脉冲(USP)激光微加工的不断进步,正使得超快技术从一种科学研究工具演变成实用的工业微加工解决方案(见图 1)。

由于飞秒激光脉冲的持续时间,比被加工的材料能够吸收热量所需要的时间更短,因此飞秒激光脉冲能够以极高的精度去除材料,并且不会产生任何热影响区(HAZ),也不会对加工的工件造成热损伤。此外,因为加工工具是光,所以它是一种没有磨损的加工方式,因此没有因为工具衰减而引发的加工效果变化。相比之下,这些机械微加工方式中,热损伤和工具磨损,以及较慢的脉冲激光加工技术,限制了加工可以获得的精度,并且还将需要昂贵、耗时的后续处理工作。

图 2 中显示了使用纳秒、皮秒和飞秒这三种不同脉冲宽度的激光钻出的小孔。从图中可以明显地看出,使用飞秒激光脉冲钻出的小孔,拥有近乎完美的表面和边缘质量,没有热影响区和热损伤的情况发生,因为也就消除了昂贵耗时的后处理需求。

新兴应用

超短脉冲激光微加工的一种新兴应用是为微型零件创建完美垂直壁,使复杂的运动和连接成为可能。过去,上述特征通常是使用电火花加工(EDM)技术来实现的,但是在许多情况下,使用超快激光器可以实现更好的加工效果和更短的加工时间。

手表齿轮。一只精密的手表,通常包含了数百个复杂的齿轮,这些齿轮必须非常完美地配合在一起,以实现精准的计时功能(见图 3)。高端精密手表市场日益激烈的竞争,正在促使手表制造商寻求更有效的制造工艺,以更高的产量和更快的工艺实现更加精密的零部件加工。超短脉冲激光技术,能够实现任何材料的高速精密切割,并且没有热损伤,这就消除了昂贵耗时的后续处理工作。因此,超短脉冲激光技术,正在推动着精密手表行业向前发展。

半导体探针卡。对于任何微加工平台而言,半导体探针卡上的小孔制造,都是一种最艰难的、和技术上最具挑战性的一种应用。探针卡是用于集成电路上的数千个微米级电线和连接器的测试插座。单个探针卡可以在25mm×25mm 的区域中需要 50,000个微孔,微孔的精度要求为微米级。半导体探针卡的新型设计需要不同形状的插座,包括正方形和圆角形状(见图 4)。超短脉冲激光平台,能够以极高的速度和精度加工出这些微孔,显著缩短了加工时间、提高了部件质量。

微型槽。对于许多应用而言,高精度的微型槽至关重要,例如在微流体通道加工应用中,槽的大小必须能够以分子水平分离流体,传输待提取和测试的流体,并过滤掉所有其他流体。

微型槽也是需要精确流体分配的医疗器械以及微型植入式器械的关键特征。超短秒冲激光微加工,能够在生产速度下制造出垂直度极好的微型槽(见图 5),通过集成部件验证和表征来确保加工精度。(文/Bill Peatman,Microlution公司)

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