1、前言

      二氧化碳激光器是目前連續輸出功率較高的一種激光，它發展較早，商業(ye) 產(chan) 品較為(wei) 成熟，被廣泛應用到材料加工、醫療使用、軍(jun) 事武器、環境量測等各個(ge) 領域。在激光的發展和應用方麵，CO₂激光器的製作和應用較早也較多，早在1970年代末期，就有從(cong) 國外直接進口CO₂激光器，從(cong) 事工業(ye) 加工和醫療等應用。從(cong) 80年代末期開始，CO₂激光器被廣泛引進並應用在在材料加工領域。
近年來CO₂激光加工(laser oem)設備雖然漸趨普及，但激光畢竟是一種新的工具，激光加工(laser oem)技術亦不同於(yu) 傳(chuan) 統的加工方法，所以工業(ye) 界在引進使用CO₂激光器的過程中，曾經遇到各種各樣的問題，給很多廠商造成不少困擾。本文針對CO₂激光器在不同領域的應用狀況及其演變作以分析，並提出在使用CO₂激光器過程中，常麵臨(lin) 的一些問題，按照CO₂激光器功率大小分類，闡述其在各個(ge) 產(chan) 業(ye) 上的應用狀況及演變情況，列舉(ju) CO₂激光應用者會(hui) 麵對的主要問題並加以分析，最後對CO₂激光應用的未來提出展望。

2、工業(ye) CO₂激光應用與(yu) 發展

       為(wei) 了比較詳細完整的介紹CO₂激光加工(laser oem)的應用狀況，按其使用成本，本文以激光輸出功率範圍（小於(yu) 200瓦，介於(yu) 200到1600瓦間和大於(yu) 1600瓦以上）作為(wei) 劃分標準，逐一介紹它在各個(ge) 領域的應用情況。
2.1低功率（小於(yu) 200瓦）CO₂激光的應用
早期進口和製造的CO₂激光機器，均為(wei) 小於(yu) 200瓦的低功率激光器。主要為(wei) 電子工業(ye) （如電阻製造、IC標誌）、非金屬加工業(ye) （竹木雕、服飾、製鞋、飾品製造等）和部份醫療和研究單位所使用。
將CO₂激光束透過一個(ge) 光罩，聚焦於(yu) IC或半導體(ti) 組件上作標誌，這種CO₂激光主要皆為(wei) TEA脈衝(chong) 式。但隨著標誌加工速度的要求越來越快，加工品質的要求越來越高，以及固體(ti) 激光的快速發展，最近新引進的標誌加工用激光，已逐漸被固體(ti) 的YAG激光所取代。
      用鏤空的銅模罩住要雕刻的非金屬材料，然後用CO₂激光束在銅模上作快速掃瞄，即可在該材料上雕刻出複雜的圖案。雕刻對象為(wei) 木材、壓克力、皮革和紙張等，另外也可以應用到雕刻特有的手工藝品，如竹片雕刻、軟木浮雕、貝殼浮雕等。最近幾年已轉型用密封式CO₂激光，直接以掃瞄振鏡作少量多變化的禮品雕刻，以提高產(chan) 品的附加價(jia) 值。
成衣和製鞋業(ye) 曾經引領風騷十數年，也是引進國外或采用自產(chan) 的低功率CO₂激光加工(laser oem)較早的成功典型，主要是以50瓦激光來裁切製衣服用的馬克板和鞋子樣板，僅(jin) 用於(yu) 開發或少量多樣的生產(chan) ，故數量有限。也有少數150瓦左右的CO₂激光直接作皮衣、皮件等生產(chan) 用。另外計算機刺繡業(ye) 有以激光配合CCD取樣，直接將刺繡在一大張上的眾(zhong) 多圖案一一裁下。但是隨著兩(liang) 種產(chan) 業(ye) 的外移和萎縮，CO₂激光器在這方麵的應用也沒有增加。而采用低功率CO₂激光來裁切家具或飾品上的裝潢用薄樹皮持續增長，主要結合造型設計和後段生產(chan) ，附加價(jia) 值較高。
由於(yu) 國外CO₂激光的發展很快，小功率的CO₂激光采用密封式結構，且品質越來越好，因此，除了上述加工業(ye) 外，進口的其它應用係統裏也有許多此類的CO₂激光器，用在穿孔、印刷業(ye) 刻板、快速成型、鏡片上打商標和陶瓷基板加工等方麵，其應用潛力不小。
      輸出200瓦以下的CO₂激光器在一些非金屬薄材料切割方麵綽綽有餘(yu) ，除上述業(ye) 者較常使用外，其實仍有很多產(chan) 業(ye) 界的特殊材料皆可考慮以激光加工(laser oem)取代，如建築業(ye) 的壓克力模型製作，結婚相簿封麵的硬版圖樣，其特點是是小而複雜，但均可以CO₂激光來作裁切。雲(yun) 母薄板的裁切﹑防彈衣內(nei) 纖維布的裁切﹑耐龍安全帶的裁切，還有其它一些特殊材料如：FRP、ABS、特弗龍、石棉和橡膠等的裁切，國外都有采用激光加工(laser oem)的先例，隻是需要特別注意切割時所產(chan) 生氣體(ti) 的排放問題。
2.2中高功率(200瓦-1600瓦)CO₂激光的應用
中高功率激光，是目前CO₂激光加工(laser oem)設備的主流，主要用於(yu) 鈑金代工業(ye) ，也有少部份機器為(wei) 工廠自行使用的生產(chan) 設備。目前此類激光機器近三分之一皆為(wei) 最近引進，可見此類功率的CO₂激光正處於(yu) 快速成長階段。中高功率CO₂激光設備最主要的應用，就是作鈑金切割，大部分以代工的形式經營。加工對象廣，加工種類多，以下介紹幾種應用較多或特殊的例子。
2.2.1木刀模業(ye)
      以CO₂激光在木板上切割出寬度約0.6mm的各種複雜重複圖形的溝槽，然後再裝上鋒利的刀片，製成軋型刀具，這是裁切所有包裝紙盒、塑料射出成型、保麗(li) 龍用具和軟性電路板等製作過程中很重要的一環，應用前景看好。
2.2.2各種機器零部件切割
      機器的各式各樣零部件，在某個(ge) 厚度以上或形狀較為(wei) 複雜，其實都可以用激光加工(laser oem)來取代傳(chuan) 統的加工方式，雖然可能加工成本會(hui) 高一點（有些不一定），但可節省很多人力，並提高產(chan) 品質量。
2.2.3汽車鈑金切割
     經過模具壓軋成型後的汽車鈑金為(wei) 立體(ti) 形狀，一般再加工較為(wei) 困難，若以五軸CO₂激光加工(laser oem)機作壓邊的切除和內(nei) 部孔洞的開挖，則可以充分顯出激光加工(laser oem)的優(you) 勢。目前國內(nei) 已有數家專(zhuan) 門生產(chan) 汽車修護用鈑金的工廠，進口五軸CO₂激光加工(laser oem)機在作這方麵加工。但此類機器尚屬高價(jia) 位階段，將來若能降低價(jia) 格，國內(nei) 將會(hui) 有不少廠商引進此類加工機。
2.2.4計算機、電氣機殼的鈑金切割
      計 算機機殼的鈑金切割，以及各種機器控製箱和機殼的鈑金切割，是最主要的加工對象。尤其是一些產(chan) 品產(chan) 量不多，形狀複雜，產(chan) 品生命周期不長，開模劃不來的鈑金 切割最多，如：電動玩具機殼、自動販賣機機殼、配電盤等。也有一些是已經開模，但產(chan) 品更改設計後，須在已成型的鈑金上作更改的加工。
2.2.5特殊材料切割
      由 於(yu) 激光可以作非接觸式切割，切縫窄又不影響外圍材質，所以被廣告和建築業(ye) 界普遍采用在特別需要保持工件表麵極度光滑的鏡麵不鏽鋼或一般不鏽鋼板的切割加 工，如：招牌、雕塑品、電梯控製麵板、廚具、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板，一些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞(ya) 鉛鋼板、磷青 銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、矽橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(ye) 使用的鈦合金等等。 隨著產(chan) 業(ye) 形態的演變，鈑金加工對象越來越複雜多樣，傳(chuan) 統的衝(chong) 孔機功能已不能滿足要求，線切割速度又太慢，CO₂激光的加工功能正好彌補它們(men) 所缺，這也是近幾年CO₂激光加工(laser oem)機引進速度持續且快速增加的主要原因。
2.3 高功率（大於(yu) 1600瓦）CO₂激光的應用#p#分頁標題#e#
      大於(yu) 1600瓦的高功率CO₂激光，主要被應用在金屬焊接和表麵處理上，在工業(ye) 先進國家已逐漸被國防、汽車和航天工業(ye) 裏一些特殊領域所采用。但早期高功率激光的價(jia) 位比較高，加上這一方麵的技術養(yang) 成訓練有限，所以除了國防上、一些大學和研究單位有這一方麵的應用外，民用工業(ye) 較少引進此類高功率CO₂激光。最近三、四年引進很多，主要應用於(yu) 各項鈑金切割，使加工速度更快、更有彈性。觀之未來的發展趨勢，高功率CO₂激光在焊接和表麵處理上的應用，必定會(hui) 被工業(ye) 界逐步接受並采用。
2.3.1激光焊接
      利 用高能量密度激光束，將工件材料熔融而焊接在一起，可以使焊件熱影響區與(yu) 變形量均降至最低，且無需使用焊劑或作異種材料，其接合強度特別牢固。汽車裏麵有 很多零部件，若一體(ti) 成型難度很大，但若將其分開成型再焊接成一體(ti) ，則能減小生產(chan) 難度並降低成本。在焊接時為(wei) 了減少對原成型工件的熱影響，常用激光來快速焊 接，這是一個(ge) 非常有潛力的加工市場。因此在汽車工業(ye) 中許多零部件接合時普遍采用激光焊接，如導螺杆製造廠商采用激光焊接導螺杆前端的固定座；汽車廠用激光 來焊接不同厚度的兩(liang) 塊鋼板，再壓軋成型以降低生產(chan) 成本；另外汽車引擎開發案中也有部份地方采用激光焊接加工。國內(nei) 在這一方麵的加工應用尚少，目前僅(jin) 有幾家 專(zhuan) 門生產(chan) 國外汽車零部件的OEM廠商，引進CO₂激光加工(laser oem)設備焊接汽車內(nei) 不鏽鋼濾油杯，生產(chan) 速度變快，產(chan) 品質量好，單價(jia) 因而提高。
2.3.2激光硬麵處理
       利用高功率激光束，將欲硬麵處理的工件底材表麵熔融一薄層，藉此一熔融層與(yu) 硬麵合金材料交互熔融成一冶金鍵結（Metallurgy Bonding），達到硬麵處理的效果。

3、工業(ye) CO₂激光使用中的問題

      激光加工(laser oem)屬於(yu) 新進的加工技術，即使在工業(ye) 先進國家，激光加工(laser oem)被工業(ye) 界較普遍 接受並有所發展，也是近十幾年的事。國內(nei) 工業(ye) 界直到這幾年才比較普遍接受激光加工(laser oem)應用，並引進和製造較多的激光加工(laser oem)設備。所以在激光設備的了解、激光加工(laser oem) 經驗的累積和激光加工(laser oem)應用範圍的拓展等方麵，都尚有待加強。大部分激光廠商或加工業(ye) 者，在引進激光加工(laser oem)應用的過程，都會(hui) 麵對一些與(yu) 傳(chuan) 統加工方式不同的問 題。加工應用的不同，加工機器的不同，遇到的問題也不同，但大致上可歸納出下列幾點。
3.1維修保養(yang)
      CO₂激光應用廣泛、市場龐大、發展快速，算是比較成熟的激光產(chan) 品，但是比起一般傳(chuan) 統的加工機械，CO₂激 光加工設備發展時間還算短暫，其主要結構還在快速換新，加上激光設備中許多光學組件常需要作精密調整、保養(yang) 維修或更新，而相關(guan) 之技術人員有限，所以大部分 激光加工(laser oem)業(ye) 者，多多少少都碰到一些保養(yang) 維修問題。尤其是早期，國內(nei) 激光市場有限，一般代理商可能好幾年才進口一兩(liang) 部激光加工(laser oem)設備，代理商未必願意專(zhuan) 為(wei) 此培 養(yang) 維修人員，況且工作人員的流動，加上激光維修技術的養(yang) 成並非容易。所以隻要激光係統使用一段時日，就會(hui) 碰到找不到人保養(yang) 維修的問題，一旦遇有小問題就要 遠從(cong) 國外請原廠技術人員來修護，不但花費高而且拖延時日；有的甚至機器進口後，代理商就無法讓其正常工作。 最近幾年隨著國內(nei) 激光市場的快速成長，代理商規模越來越大，甚至國外廠商直接在國內(nei) 設立分公司，並長期派駐技術人員，而且CO₂激 光的發展也日趨成熟，故障和維修問題減少很多。但是一般生產(chan) 在線或代工業(ye) 者所使用的激光機器，仍然最怕故障停機，若是小問題，可能一兩(liang) 天就解決(jue) ，碰到大問 題，如電極板更換、主要機件故障等，可能要等到原廠技術人員或國外寄來零部件，曠日費時。所以許多工廠都至少購買(mai) 兩(liang) 部激光加工(laser oem)機，或事先跟同行協商好，必 要時作互相支持。
3.2機器設備成本太高
      早期使用的CO₂激光加工(laser oem)機，皆由國外進口，一部較高功率加工用CO₂激光機器動則上千萬(wan) 。近幾年來，國內(nei) 已有自己開發組裝的加工機，促使進口的CO₂激光加工(laser oem)機價(jia) 位降低不少。但成套加工配備，也須花上幾百萬(wan) 到近一千萬(wan) 元間，尤其五軸立體(ti) 加工機或複合式加工機價(jia) 位更高，這影響到產(chan) 業(ye) 界的投資購買(mai) 意願，也影響到加工成本，間接阻礙了激光加工(laser oem)對象和範圍的拓展。?
3.3技術人員養(yang) 成
激 光的操作使用畢竟不同於(yu) 傳(chuan) 統的加工設備，一般需要一定程度的技術人員，廠商需自己培訓，在工人流動性頻繁的情況下，操作技術人員的養(yang) 成和經驗之積累實在不 容易。而一位對激光設備不熟悉、經驗有限的技術人員，將無法把激光設備的特有功能發揮到極限，也會(hui) 常發生下述現象：加工品質不良、加工速度太慢、不懂保養(yang) 機器、機器故障連連、減短機器壽命、機器耗材嚴(yan) 重等。
3.4耗材費用高
      CO₂激光加工(laser oem)機運轉時，須要消耗氦氣和大量的氧氣，提高了激光加工(laser oem)成本，所以在投資購買(mai) 機器時，須考慮該機器的氣體(ti) 消耗量。另外操作技術的好壞、定期保養(yang) 與(yu) 否，也會(hui) 影響到光學鏡片和高壓零部件等的消耗量，而這些部件售價(jia) 都很高。目前CO₂激光加工(laser oem)機數量增多，也促使一些消耗器材、光學組件和高壓零部件的價(jia) 格降低.
3.5特殊加工製程的開發
CO₂激 光的切割應用，加工技術較單純，加工條件也較容易掌握，一般說來沒有工藝上的問題。但比較特殊的激光加工(laser oem)技術或加工材料如：焊接、硬麵處理、立體(ti) 加工和陶 瓷加工等，加工業(ye) 者必須先作熟悉加工的特殊工藝，掌握加工條件，以及自動進料﹑夾具等的配合，這並非一般業(ye) 者能力所及，在這些問題未能充分掌握和解決(jue) 之 前，投資動則數百萬(wan) 的激光設備，對大部分中小企業(ye) 來說困難很大。而以前能夠協助業(ye) 者作這方麵技術開發的機構一直缺乏，影響了激光特種加工應用市場的開展。
3.6工作環境不良
      CO₂激光機器內(nei) 有許多的光學和高壓零部件，是比較脆弱的機器，需要在良好工作環境中操作使用，否則容易汙損而出現故障。但是傳(chuan) 統工廠有很多不重視工作環境的改善，空間小而雜亂(luan) 、濕氣重、灰塵多、電源電壓不穩、冷卻水質差等，這些都會(hui) 影響激光設備的使用效果和壽命。

4、工業(ye) CO₂激光應用展望

      激光加工(laser oem)是未來材料加工應用發展的趨勢之一，而CO₂激光加工(laser oem)一直占激光材料加工中最主要的地位，世界激光市場也以CO₂激 光機器為(wei) 主力，約占全部的七成左右，每年以百分之十左右的速度增長。近幾年來，隨著國際和國內(nei) 整體(ti) 產(chan) 業(ye) 環境的改變，在產(chan) 業(ye) 水準提升、專(zhuan) 業(ye) 人員缺乏、自動化 需求增加、產(chan) 品附加價(jia) 值和加工質量有待提高的壓力下，激光加工(laser oem)應用已逐漸被國內(nei) 產(chan) 業(ye) 界接受並采用。由於(yu) 起步較晚，短期內(nei) 可維持較高的激光市場增長率，加工 應用的市場潛力也很大。但產(chan) 業(ye) 界和工業(ye) CO₂激光的使用者，仍然有許多問題需要去解決(jue) ，尤其在相關(guan) 技術人員的養(yang) 成訓練和新的加工應用領域開拓這兩(liang) 方麵，更須下大力氣。激光激光的前景是廣闊的，激光加工(laser oem)手段的不斷進步必將帶來材料加工領域的一次革命。