對於(yu) 需要優(you) 異模質量和高聚焦性能來實現小形體(ti) 尺寸的顯微機械加工工藝,這些新型激光器能夠實現商業(ye) 應用。多年來,脈衝(chong) Nd:YAG激光一直是金屬精密切割、精細焊接和鑽孔的首選。在1微米波長附近,與(yu) 同等二氧化碳激光器相比,其聚焦光學鏡更小,更簡單,而且可以實現更小的光點尺寸。
超精密顯微機械加工對更高效、小巧、高光束質量激光器的需求推動了光纖激光器開發工作的快速增長。這些激光器在IR光譜區附近工作,與(yu) 傳(chuan) 統激光相比具有多種優(you) 勢,而且在實現新的顯微機械加工應用方麵具有更大潛力。
醫療行業(ye) 是激光微切割最重要的應用領域之一,光纖激光正在逐步替代脈衝(chong) 燈泵Nd:YAG激光。由於(yu) 以下兩(liang) 個(ge) 基本原因,醫療設備一般很小:一是它們(men) 通常需要安裝到狹小區域;二是其製作材料昂貴,減少尺寸也就是降低成本。能夠在僅(jin) 有幾微米區域工作的激光器是精巧、昂貴設備的理想解決(jue) 方案。醫療設備行業(ye) 對微切割需求最強烈的應用可能是支架切割。支架是一種永久插入動脈的纖細、格狀金屬管。其有助於(yu) 擴張動脈,疏通血流。這種插入到患病冠狀動脈中的圓柱形金屬支架,能使血液恢複充分流通。支架所用材料包括316L不鏽鋼或鎳鈦合金(形狀記憶合金)。
管的典型直徑為(wei) 1~10毫米,壁厚約100微米。關(guan) 鍵是切口寬度要小(20~30微米),這就要求光纖激光器需提供較高的光束質量與(yu) 激光功率穩定性。激光切割必須具有較高的表麵質量,較小的熱影響區域,而且無殘渣。圖2是經過切割與(yu) 超聲波清洗器清洗後的典型支架SEM顯微圖。利用100W光纖激光器可以實現超高輪廓精度(<5微米)的無殘渣切割(寬度為(wei) 20微米)。采用單模激光輸出以及氮氣輔助氣體(ti) ,切割厚度為(wei) 0.5毫米的316L不鏽鋼的典型速度大約為(wei) 5米/分鍾。是氧氣和氮氣之間的不鏽鋼切割速度對比圖。
光纖激光器也是SMT模板製作的理想選擇。可以在厚度為(wei) 250~500微米的不鏽鋼中製作各種形狀的精密輪廓。
除了適用於(yu) 黑色金屬和非金屬薄片,光纖激光器在切割厚的多晶矽(矽片)方麵也頗具優(you) 勢。多晶矽材料非常脆,在激光切割過程中極易破裂。迄今,脈衝(chong) 燈泵Nd:YAG已經成功用於(yu) 切割此類材料。
最初采用單模100W光纖激光器在GSI上進行的切割實驗在切割速度、切割邊角質量和細裂紋(長度約10~15微米)方麵取得了非常令人振奮的成果。這和采用脈衝(chong) Nd:YAG激光源十分接近,隻是因為(wei) 條紋比Nd:YAG激光器差幾個(ge) 數量級,從(cong) 而在邊緣質量方麵僅(jin) 稍遜一些。
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