激光加工設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域
激光束具有單色性好、能量密度高、空間控制性和時(shí)間控制性良好等一系列優(yōu)點(diǎn),目前它已廣泛應(yīng)用于材料加工等領(lǐng)域。激光加工的行業(yè)包括汽車制造、航天航空、電子、化工、包裝、醫(yī)療設(shè)備等。與計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)相結(jié)合,激光加工技術(shù)已成為工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù),擁有普通加工技術(shù)所不能比擬的優(yōu)勢(shì)。例如激光加工為非接觸式加工、速度快、無(wú)噪聲、可實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜形狀的高精度加工目的,且無(wú)通常意義上的"刀具"磨損,無(wú)需更換"刀頭"。我國(guó)激光加工市場(chǎng)前景廣闊,預(yù)計(jì)平均每年以20-30%的速率遞增。
一、多支PCB激光微通道打孔技術(shù)
近年來(lái),激光技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于高密度印刷線路板微通道打孔及芯片封裝設(shè)備中,的世界微通道打孔信息顯示,每年有超過(guò)300,000萬(wàn)平方米的高密度多層印刷線路板是用激光來(lái)打孔的。用于PCB微通道打孔的早期激光打孔設(shè)備是單頭的UV YAG激光器或單頭的C02激光器隨著微通道打孔產(chǎn)康囊?蟛歡咸岣?許多生產(chǎn)廠家開(kāi)始研制雙頭激光打孔設(shè)備。目前市場(chǎng)上主要的三種雙頭激光打孔設(shè)備:雙頭C02激光系統(tǒng)、雙頭UV激光系統(tǒng)、混合激光系統(tǒng)(UV和C02)。
有兩種比較經(jīng)濟(jì)實(shí)用的激光技術(shù)用于PCB板的微通道打孔;C02激光,波長(zhǎng)在遠(yuǎn)紅外區(qū)域,打孔直徑〉100微米。 W激光波長(zhǎng)在紫外區(qū)域,廣泛用打孔的直徑〈100微米,甚至孔徑縮小到〈50微米的情況。
在紫外激光技術(shù)中,半導(dǎo)體泵浦UV激光器已經(jīng)成為工業(yè)用標(biāo)準(zhǔn)激光器,它可提高傳輸?shù)焦ぜ砻娴膯蚊}沖能量。
二、激光焊接塑料
1. 激光焊接塑料的優(yōu)點(diǎn)
隨著塑料在汽車、醫(yī)療設(shè)備及電子等行業(yè)的零部件設(shè)計(jì)、制造上日趨廣泛的使用,大功率光纖激光塑料焊接系統(tǒng)可完全滿足塑料制品的加工過(guò)程中快速、有效、干凈的塑料焊接方式。
目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上普遍使用的塑料焊接技術(shù)主要有振動(dòng)摩擦焊接、熱板式塑料焊接及超聲波焊接等。主要用于連接敏感性塑料制品(含有線路板)、具有復(fù)雜幾何形狀的塑料件以及有嚴(yán)格潔凈要求的塑料制品(醫(yī)藥設(shè)備)等等。光纖激光焊接塑料技術(shù)主要有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：
(1) 能生成精密、牢固和密封(不透氣和不漏水)的焊接,樹(shù)脂降解少、產(chǎn)生的碎屑少。
(2) 易于控制,具有良好的適應(yīng)性,可焊接尺寸小或外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件。
(3) 極大地減小了制品的振動(dòng)應(yīng)力和熱應(yīng)力。
(4) 能夠?qū)⒃S多種類不同的材料焊接在一起。激光塑料焊接技術(shù)在歐美等發(fā)達(dá)已經(jīng)得到了一定的應(yīng)用,我國(guó)在這方面尚是空白。
2. 塑料激光焊接用的焊接方法
激光焊接塑料的基本原理是,兩種塑料在低壓力下被夾緊在一起,激光穿過(guò)一個(gè)制品,然后被另外一個(gè)制品吸收,吸收激光能量的制品將光能轉(zhuǎn)化為熱能,在塑料的接觸面熔化,形成一個(gè)焊接區(qū)。
常用的焊接方法主要有：
a. 激光束沿著焊縫處快速掃描,達(dá)到焊接的目的。
b. 通過(guò)光學(xué)元件將激光束整形,同時(shí)在焊縫處產(chǎn)生熱量。
c. 照射掩膜焊接,激光束僅加熱制品上沒(méi)有被掩膜遮住的部分,可以快速焊接復(fù)雜的焊縫。
d. 激光束固定,塑料工件置于受程序控制的多維可移動(dòng)的工作臺(tái)上。
三、大功率光纖激光器在船舶制造業(yè)中的應(yīng)用
1. 激光加工技術(shù)在造船工業(yè)中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)
造船工業(yè)中激光加工主要優(yōu)點(diǎn)：
(1) 船艦載重量日益壇加,要求使用非常薄的平板,激光焊接避免了加工時(shí)的熱影響;
(2) 激光可以采用光纖等靈活的輸出方式,因此甲板、船體等大表面尺寸的工件加工可以不受工作臺(tái)尺寸的影響。
(3) 力日工非接觸,速度快,邊緣光滑,高度自動(dòng)化,大大降低造船成本及時(shí)間。
2. 國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀
歐美及日本主要的大型船廠已大量采用激光加工技術(shù)。目前美國(guó)、歐洲等地區(qū)正在進(jìn)行大功率光纖激光工業(yè)加工設(shè)備的開(kāi)發(fā),正在開(kāi)發(fā)的有2KW、6KW輸出的工業(yè)級(jí)光纖激光器的加工設(shè)備的二次開(kāi)發(fā)。我國(guó)已開(kāi)發(fā)出了中小功率系列工業(yè)光纖激光設(shè)備,但大功率光纖激光器工業(yè)加工應(yīng)用尚是空白,在我國(guó)造船工業(yè)中幾乎還沒(méi)有使用激光加工技術(shù)。
3. 大功率光纖激光器在船舶制造業(yè)中的優(yōu)勢(shì)及展望
光纖激光器是近幾年激光領(lǐng)域里極其關(guān)注的熱點(diǎn)，在加工領(lǐng)域光纖激光器有迅速替代傳統(tǒng)的YAG、C02激光器的趨勢(shì)。人們普遍認(rèn)為,大功率光纖激光器將是第三代的工業(yè)加工激光器。
光纖激光器具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn),光束質(zhì)量好;體積小,重量輕,免維護(hù);風(fēng)冷卻簡(jiǎn)單易操件;運(yùn)行成本低,可在工業(yè)環(huán)境下使用;壽命長(zhǎng)加工精度高、速度快;電能轉(zhuǎn)化效率高,可以實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化、柔性化操作等。基于上述的優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)擴(kuò)展到汽車制造、船舶制造和航空制造業(yè)等的金屬和非金屬材料的激光切割、激光焊接等方面。
