脉冲激光钻孔优势及四种常见的打孔方式介绍

1．1脉冲激光钻孔相比传统钻孔的4大优势

相比传统钻孔方式，脉冲激光打孔具有较大优势，主要体现在四个方面：（1）非接触式，无工具磨损，无机械应力；（2）不受材料材质、加工孔型等限制；（3）加工精度高，效率高；（4）设备灵活，适合自动化产线。因此，脉冲激光加工的钻孔工艺被广泛应用于精密电子、航空航天、医疗、五金机械、汽车等行业。

航天煤油滤芯

加湿雾化器微孔

喷嘴

1．2 脉冲打孔的四种常见打孔介绍

常见的脉冲打孔方式加工方式有单脉冲打孔、多脉冲打孔、环形扫描打孔、螺旋扫描打孔等。单脉冲打孔方式利用一个脉冲加工一次，形成一个熔融区，效率高，需要较高的单脉冲能量。多脉冲打孔方式通过高重复频率的多个脉冲加工在材料同一位置，通过多次加工获得所需孔。环形扫描打孔利用聚焦光束在材料上，根据所加工的形状轮廓，制定工件运动轨迹，形成孔。螺旋打孔指采用螺旋线轨迹方式在加工材料上移动。单／多脉冲钻孔加工方式受光斑圆度和聚焦光斑大小影响比较大，打孔的大小比较受限制，适合加工较小的孔，效率高，操作简单，精度低，适合工艺要求不高的打孔。后两种打孔方式属于轮廓法，将光束旋转起来，对材料进行切割，可以实现异性孔打孔，不受激光光斑及圆度影响，孔径大小可调，光路复杂，操作复杂，精度高。四种加工方式各有各的优缺点，可根据加工实际情况选择。

脉冲激光打孔影响因素有平均功率、脉冲宽度、重复频率、单脉冲能量、功率密度、扫描速度、线间距等，其中脉宽及平均功率是主要影响作用。打孔质量主要从孔直径、圆度、间距、锥度、径深比、边缘形貌等方面评估。

锐科100W脉冲光纤激光器打孔应用案例

2．1 金属支撑架打孔案例

金属支撑架打孔，应用于新能源行业，具有多孔结构的不锈钢作为气体传递的流道，组装出以氢氧为燃料和氧化剂的燃料电池，使得燃料电池结构更加紧凑。

材料：0．5mm厚度不锈钢

工艺参数：功率40％，频率80kHz，脉宽100ns，多脉冲打点方式

效果：边长20mm方形区域内，孔数目10000个，间距0．2mm，效率67s，正面孔径40μm，背面孔径12μm，材料无明显变形，孔径较好，边缘热影响区域小，无明显飞溅。

（a）整体形貌

（b）正面孔径直径约40μm  （c）背面孔径直径约12μm

图1 0．5mm厚度不锈钢板通孔效果

2．2 极片打孔案例

极片打孔，应用于新能源电池行业，在极片上进行微孔阵列结构，增加电解液接触面积，提高了电解液浸润能力，可快速充放电，从而提高电池性能。

材料：石墨金属复合材料，厚度小于0．1mm

工艺参数：功率25％，脉宽200ns，频率80kHz，多脉冲打点方式。

效果：极片涂覆区打盲孔，深度20um～40um，宽50um～80um。

（a）微观效果图

（b）盲孔深度测试

图2  极片钻盲孔效果

2．3 金属面板打孔案例

金属面板打孔，应用精密电子行业，不锈钢薄片透气孔，微米级孔径，用于气体的流动，为了保障气流的稳定性，对孔径一致性要求比较高。

材料：50微米厚度不锈钢

工艺参数：功率25％，频率50kHz，脉宽100ns，多脉冲打点方式。

效果：直径16mm圆形区域内，孔数目1141个，整体节拍8s。正面孔径24μm，背面孔径5μm，材料无明显变形，孔径较好，边缘热影响区域小，无明显飞溅。

（a）整体形貌

（b）正面孔径直径约24～25μm   （c）背面孔径直径约5～6μm

图3  50μm厚度不锈钢板钻通孔效果

2．4 金属连接器件打孔案例

金属连接器件打孔，主要应用五金机械行业，圆形铝管打孔，可以用于器件链接。

材料：铝管，外径约19mm，管壁约2mm

工艺参数：功率100％，频率80kHz，脉宽350ns，螺旋线扫描方式

效果：孔直径5mm，效率30s／个，边缘光滑，无毛刺，对下壁无损伤。

图4 铝管钻孔效果

2．5 铝合金内饰条钻孔案例

铝合金内饰条钻孔，用于汽车行业，汽车内饰条透光效果，密集微孔实现各种图案的透光孔效果，可通过孔大小和密集程度控制透光亮度。

材料：0．6mm厚度铝合金

工艺参数：功率80％，脉宽100ns，频率80kHz，多脉冲打点方式，

效果：孔正面直径约50μm，背面直径约20μm，孔圆心间距0．1mm。一万个孔7s。表面光滑，无毛刺，热影响小，无变形。

（a）整体效果 （b）正反面孔微观效果

图5 铝合金打孔效果

脉冲激光器打孔应用工艺总结

100W脉冲光纤激光器可用于大多数金属和部分非金属打孔，适用性广。对于不同金属材质，当材料厚度一样，打孔效果差异较小；对于非金属，如陶瓷、玻璃、塑料等，材质和厚度对打孔效果影响比较大。孔径＜100μm，易采用多脉冲打点方式实现打孔；孔径≥100μm，可采用螺旋或环形扫描方式对材料逐层去除实现打孔。

表1 100W脉冲激光器打孔工艺总结

小结

本文主要介绍了锐科100W MOPA脉冲激光器在各行业的打孔应用案例，而MOPA脉冲光纤激光器的应用工艺十分多样，还能应用于3C电子焊接、电池盖打码、钢壳／阳极铝打黑、黄铜／铝合金等切割、氧化层清洗等（更多产品介绍查看：一图看懂锐科60－100W MOPA脉冲光纤激光器）。未来，锐科激光将紧跟各行业发展需求，联合各行业企业开展更多前沿的工艺应用案例。欢迎有产品应用需求的客户，和我们联系打样咨询。