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详解激光加工六工艺

2021-1-13 17:06:43

随着全球制造业向精细化、智能化、定制化方向发展,激光凭借其良好的单色性、方向性、亮度等特质被广泛应用于工业制造、生物医疗、军事等领域,已形成了遍布全球的产业链条。随着激光产业分工不断成熟,激光在微加工领域的应用也越来越广泛。日常生活中,激光微加工工艺随处可见,电子产品打标、电器外壳标记、食品药品生产日期的标记、消费电子微加工、手机金属外壳的切割、 焊接都有激光微加工工艺的身影,另外,激光加工也应用于PCB/FPCB 板切割与分板,陶瓷打孔划片、玻璃、蓝宝石、晶圆切割和细微打孔等领域。

激光微加工领域六大工艺

激光加工是激光技术的工业应用,将一定功率的激光聚焦于被加工物体上,使激光与物体相互作用,加热、熔化或气化被加工物质,达到加工目的。目前,激光制造业中微加工应用主要有激光切割激光打标激光焊接、激光雕刻、表面处理、激光3D打印等。下面介绍激光微加工领域六大工艺。

①激光切割

原理:利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件,使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点,同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质,从而将工件割开。

特点:切割速度快,表面光滑美观,一次性加工,工件变形小,无工具磨损,清洁污染小,可加工金属、非金属及非金属复合材料、皮革、木材、纤维等,适用于汽车车身厚薄板、汽车零件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封器件以及各种不允许焊接污染和变形的器件的精细加工。

②激光打标

原理:利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记。

特点:属于为非接触加工,可在任何异型表面标刻,工件不会变形和产生内应力,加工精度高,加工速度快,清洁环保,成本低廉,适于金属、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料的标记。

③激光焊接

原理:利用高能量密度的激光束辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。

特点:焊接性变小,不受磁场影响,空间限制小,无电极污染,适用于自动高速焊接,可焊接不同属性的金属,可在封闭空间工作,适用于圆形锯片、压克力、弹簧垫片、电子机件用铜板、部分金属网板、铁板、钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm 以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。

④激光雕刻

原理:激光照射材料表面,材料吸收能量后瞬间熔化或者气化,形成刻线。

特点:自动跳号,热影响区域小,线条精细,耐清洗耐磨损,环保节能,节省材料,可用于木制品、有机玻璃、金属板、玻璃、石材、水晶、纸张、双色板、氧化铝、皮革、树脂等材料的蚀刻。

⑤表面处理

原理:利用激光加热金属材料表面,实现表面热处理。

特点:加工速度快,部件变形小,精确加工,实现自动淬火的处理效果,适合于缸套、曲轴、活塞环、换向器、齿轮等汽车零部件的热处理,同时在航空航天、机床行业等领域也有广泛应用。

⑥激光3D打印

原理:采用铺粉辊将一层粉末平铺在工件表面,激光束按照粉末层的轮廓截面扫描粉层,使粉末熔化后烧结,实现工件粘接。

特点:加工工艺简单,可加工材料广泛,加工精度高,无需支撑结构,材料利用

率高,结合计算机数控技术及柔性制造技术,可用于模具和模型制造。

激光微加工应用的发展

目前,国内光纤激光器市场份额高于固体激光器,主要原因是光纤激光器主要用于大功率宏观加工,市场需求与国内制造业发展阶段吻合;固体激光器主要用于微加工,微加工市场虽处于快速发展阶段,但目前市场容量小于宏观加工市场容量,但比如可穿戴设备、半导体芯片、医学医疗、新能源等高精度制造依旧是国家重点支持项目。

尽管,各种类型激光器在工业应用领域上侧重不同,且下游应用市场需求情况差异较大,其市场规模存在一定差异。但随着全球工业激光器市场持续增长,未来微加工应用在工业和生活消费领域也将持续增加。

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