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            1. 30年 激光設備制造經驗

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              激光加工應用范圍

              瀏覽:51 發表時間:2020-11-17 14:08:42

              激光加工是激光全稱為“受激輻射光放大(Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)”最典型的應用之一,屬于無接觸式加工手段,有著精度高、效率高等傳統加工方式無法取代的優勢,使用激光加工按時加工的工件由于無接觸式加工的這一特性,所以工件在加工過程中幾乎不會產生任何變形。激光加工技術是光電技術相結合的產物,不僅可以通過激光光束的移動速度、功率密度和方向等達到想要的加工效果,而且激光加工可以與數控系統配合對復雜工件進行加工,由此實現不同層面和范圍的應用。


              激光加工根據加工原理劃分為冷加工以及熱加工兩種,激光經過聚焦鏡等聚焦系統聚焦后產生的高能量光束作用于金屬或非金屬材料表面,利用激光的高能量對材料瞬時加熱至超高溫,使照射部分的材料熔化甚至氣化,達到對材料的改性或去除,這種方式屬于激光加工的“熱加工”。當使用不同波長的高能量激光束照射到聚合物這類的材料時,可由光子引發或控制光化學反應,這種加工過程被稱為光化學加工,也叫“冷加工”。光化學加工主要應用于光化學沉積、激光刻蝕和激光照排等。相較于冷加工,熱加工的應用相對廣泛些。


              激光加工應用范圍


              常見的激光加工應用范圍:激光模切、激光雕刻、激光焊接以及激光打標。


              激光模切是根據在軟件中設計好的工件圖樣,將激光束聚焦后直接對材料表面完成模切或壓痕效果的一種切割方法。激光模切技術具有切割精度高、模切產品粗糙度低、模切加工時間短、生產效率高等特點。由于無須更換模切刀版的同時也能實現不同版式工件之間的快速轉換,這樣節省了傳統模切刀版調整時間,尤其適用于輕薄、異形工件的加工。


              一般激光模切系統應該包括有激光器、掃描系統、控制系統、冷卻系統、惰性氣體保護室、廢料清除系統以及反饋系統。


              激光雕刻包括切割雕刻、凹模雕刻以及凸模雕刻三種方式,激光雕刻機的主要組成為:激光器(提供激光光束,包括聚光腔、反射鏡)、聚焦系統(使高功率密度的激光能量聚集在小面積上,達到最佳的雕刻效率)、導光系統(改變激光照射方向)、工作臺(用于承載或移動被雕刻工件)、控制面板(調整和控制電源及激光器)、水冷系統(調控激光器內的溫度)。由于主要是對非金屬材料加工,所以激光雕刻與模切一樣常選用CO2激光器。為實現高速點陣雕刻和適量雕刻,激光雕刻大多采用振鏡式導光系統。


              激光焊接主要用于對金屬及塑料制品進行焊接加工。以前金屬焊接大多采用電阻焊接工藝,但電阻焊存在耗電量大、熱影響區大、接口不美觀、可焊材料厚度受限等問題,所以激光焊接技術的應用越來越廣泛。激光焊接金屬的作用機理是用激光輻射金屬表面,通過激光與金屬的耦合作用使待焊接部位在極短時間內瞬間熔化甚至氣化,再冷卻凝固結晶而形成焊縫。激光焊接可分為熱傳導焊接和深熔焊兩種,前者會發生激光的功率密度較小,輻射能只作用于金屬表面,材料下層則靠熱傳導受熱熔化;深熔焊會產生小孔效應,即輸入激光能量很大,遠大于傳導及散熱的速率時,照射區域會在極短時間發生氣化形成小孔,孔內壓力形成動態的平衡,光束可以直接照射到孔底。小孔吸收射入的所有能量使孔壁金屬熔化,由此可形成尤其窄而深的焊縫,且改變焊接參數可以使焊縫熔深在較大范圍內變化,所以實際更多采用深熔焊接方式。


              金屬焊接大多采用YAG激光器,因為YAG激光比 CO22激光更易于被金屬吸收,且受等離子體影響較小,焊接操作靈活。但YAG激光器運作時易產生大量熱損耗,使激光腔溫度升高產生激光熱透鏡效應,從而降低激光功率和能量轉化效率。YLR光纖激光器是以光纖為基材,摻雜不同的稀土離子的光纖傳輸傳輸,具有體積小、成本低、激光功率高等優點,焊接熔深和速度更高,較YAG激光器更勝一籌。


              激光焊接金屬過程幾乎不會產生碎屑廢渣,且無需添加粘合劑,具有速度快、精度高、熱影響區小、深寬比大、焊縫美觀等優點,易實現自動化,可產生良好的社會和經濟效益,已成為金屬包裝氣密性封裝等的主要方式。


              對于塑料材料工件而言,傳統的塑料焊接主要采用超聲波焊接、摩擦焊接、振動焊接、熱板焊接等技術,而實際時加工既要考慮其密封性能, 又要防止加工過程中會受到污染, 塑料激光焊接的高精度和無接觸性正好可以滿足這樣的要求。


              激光焊接塑料的方法主要有兩種,一種是遠紅外 CO2 激光焊接塑料(簡稱 NCLW),一種是近紅外激光焊接熱塑性塑料的激光透射焊接(簡稱 TTLW)。NCLW是用激光熱源在一定壓力的維持下使塑料軟化或熔化,之后撤掉熱源使塑料冷卻凝固實現焊接。TTLW需要待焊兩塑料上部吸收率小到盡可能透射激光,下部吸收率高,先將兩邊塑料相接觸, 然后激光穿過透過激光塑料部分被吸收激光塑料部分吸收,吸收激光塑料部分受熱軟化或熔化,透過激光塑料部分也由于熱傳導也軟化或熔化,當熔核的尺寸達到要求時,撤掉激光源,塑料大分子在塑料熱膨脹產生的壓力下相互擴散,從而連接在一起,實現塑料的焊接。該種焊接方法能應用于對接接頭的焊接,但更多應用于搭接接頭的焊接。


              塑料焊接激光器大多選用容易實現數控和自動化的摻釹釔鋁石榴石合成晶體(Nd:YAG)激光器和效率高、輸出功率小、便攜的半導體激光器。塑料焊接有時也使用CO2激光器。但是CO2激光的穿透性能較差,主要用于薄膜焊接。光纖激光光源質量高,效率高,且系統體積小、方便移動和維修。未來光纖激光器將會逐步取代 Nd:YAG 及二極管激光器,廣泛應用于塑料焊接領域。



              激光打標是應用范圍最廣的一項激光加工技術,其機理是通過激光對工件的局部照射,使表面材料瞬間融熔氣化或者發生顏色變化,從而留下永久性的文字、圖案等的標記。激光打標對工件表面不會產生腐蝕,且加工后不會產生應力而影響原有精度,所以激光打標技術應用范圍很廣,對不同材料打標的原理、系統組成基本相同,只需通過實驗找出對每種材料最適合的參數設置即可完成對不同材料的激光打標。


              激光打標系統由激光器(大多采用Nd:YAG 激光器)、振鏡部分(驅動信號控制振鏡偏轉使激光輸出點掃描出圖文)、數控部分(以完成掃描圖文的編輯、格式轉變、導出信息)和電源控制部分(包括激光電源、聲光電源、水冷系統的控制)四部分組成。


              激光打標過程是首先通過計算機軟件編輯好所需的圖文信息,轉為打標軟件能識別的格式,導入振鏡伺服控制卡轉換成振鏡能夠識別的信號。這些電信號傳輸到掃描振鏡使會使振鏡在X、Y二個方向維度范圍內擺動,使輸出點掃描出圖文標記信息。同時,在信號的控制下聲光電源使聲光 Q開關產生所需要的頻率調制信號,使連續的激光調制成非連續的激光脈沖,即可將掃描出的圖文標記信息顯示在被加工工件上。


              影響激光打標圖文效果的主要因素有激光掃描的速度、光點的直徑、激光的功率等。掃描速度越高標記越模糊,光點直徑越大標記越清晰,而隨著功率增加,打標清晰程度會先升高后降低。


              接下來討論打標激光器的選擇。CO2氣體激光由于波長只能被非金屬材料吸收所以只適用于非金屬材料的打標,而YAG激光對金屬、非金屬材料均適用。摻稀土元素的光纖激光器與CO2、YAG 激光打標機相比輸出功率更小,光斑直徑更小,標記深度、精細度更高。紫外激光打標一種是新研發出的激光冷加工技術。紫外光能量密度高,光束質量好,聚焦光斑極小,熱影響區域極小,可實現超精細標記,多用于打標玻璃等非金屬材料。


              激光打標具有速度快,標記精細且耐久性好,非接觸式加工,加工方式靈活,易于與自動化加工生產線相結合等優點??芍谱鞒鰪碗s的不易被仿制或篡改的圖文標記,所以也起到了很好的防偽作用。隨著消費需求的擴大和激光打標技術的日趨先進,其在各行業中的應用會越來越廣泛。


              相信在不久的將來,激光加工的應用范圍也會越來越廣泛!

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              奔騰激光(溫州)有限公司是溫州市政府“一事一議”的重大產業化項目,是溫州(中國)激光與光電產業集群首批引進的骨干龍頭企業。

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