激光製造技術是以激光的高能量與(yu) 材料之間發生物理作用,對材料進行氣化、燒蝕、改性等來實現材料加工效果。如今激光加工迅速進入到各行各業(ye) ,目前仍然以金屬材料加工為(wei) 主,占據整個(ge) 激光加工應用超過80%以上的份額。由於(yu) 鐵、銅、鋁以及對應合金等金屬為(wei) 硬質材料,與(yu) 激光的作用效果較好,故容易適用激光加工。對於(yu) 一些普通的金屬激光切割、焊接應用,可能隻需了解對應的光功率就可以了,對加工的研究要求其實不會(hui) 很嚴(yan) 格。
但事實上,生活中以及高端製造領域使用了非常多的非金屬材料,比如軟性材料、熱塑性材料、熱敏材料、陶瓷材料、半導體(ti) 材料以及玻璃等脆性材料。這些材料如果要采用激光加工,那麽(me) 對光束性質、燒蝕程度以及材料破損控製的要求就很嚴(yan) 格,而且常常是要求達到超精細加工,甚至是微納級別的。采用常見的紅外激光器往往難以達到效果,紫外激光器是個(ge) 非常合適的選擇。
紫外激光器技術用途多樣
紫外激光是指輸出的光束位於(yu) 紫外光譜、肉眼不可見的光,目前常見的工業(ye) 用紫外激光器有固體(ti) 晶體(ti) 紫外激光器以及氣體(ti) 紫外激光器兩(liang) 種。對紅外全固體(ti) 激光器進行三倍頻可得到紫外激光輸出,波長較多為(wei) 355nm,目前脈寬已經從(cong) 納秒成功發展到皮秒級。氣體(ti) 紫外激光器常見的是準分子激光器,主要可以用於(yu) 眼科手術、芯片光刻製作等。近幾年光纖激光器也逐步開發出紫外波段的產(chan) 品了,以皮秒紫外光纖激光器最具代表性。
由於(yu) 紫外激光器在倍頻轉化熱量損失多,成本仍然高,目前要做更高功率還是有一定難度。紫外激光常常被認為(wei) 是一種冷光源,所以紫外激光加工也被稱作是冷加工,非常適用於(yu) 脆性材料的加工。
紫外激光的常見脆性材料加工
玻璃是生活中大量應用的一種材料,從(cong) 水杯、酒杯、容器到玻璃飾品,在玻璃上的圖案製作往往是個(ge) 難題,傳(chuan) 統的加工常常會(hui) 造成玻璃損壞率高,紫外激光是十分適合於(yu) 玻璃表麵的打標、圖案製作的,並且能實現超精細製作。紫外激光打標彌補以往加工精度不高、製圖困難、損壞工件、汙染環境等種種不足,以其特有的加工優(you) 勢成為(wei) 玻璃製品加工的新寵,被各酒水杯、工藝禮品等行業(ye) 列入必備的加工工具。
陶瓷材料大量運用於(yu) 建築、器皿、裝飾品等,但其實陶瓷也在電子產(chan) 品器件上有很多應用,比如此前就有手機商家推出了陶瓷後蓋板,在移動通信、光通信、電子產(chan) 品領域廣泛使用的陶瓷插芯、陶瓷基片、陶瓷封裝基座、指紋識別係統的陶瓷蓋板等。這些陶瓷元器件的製作越加精細,采用紫外激光切割是目前較為(wei) 理想的選擇。紫外激光對於(yu) 一些陶瓷薄片加工精度非常高,不會(hui) 造成陶瓷碎裂,並且一次成形不需要二次打磨,未來將會(hui) 得到更多應用。
紫外激光晶圓切割:藍寶石基板表麵堅硬,一般刀輪很難對其進行切割,且磨耗大,良率低,切割道更大於(yu) 30 μm,不僅(jin) 降低了使用麵積,而且減少了產(chan) 品的產(chan) 量。在藍白光LED產(chan) 業(ye) 的推動下,藍寶石基板晶圓切割的需求量大增,對提高生產(chan) 率、成品合格率提出了更高的要求。紫外激光切割晶圓能實現高精度切割,切口平滑,良品率大大提升。
石英切割一直是工業(ye) 上的難題,在傳(chuan) 統的加工方法中最常用的就是“金剛砂石鋸片”,也就是通過“硬碰硬“的辦法來加工。石英非常脆,加工難度很高,金鋼砂石鋸片就是耗材。
紫外激光器有著±0.02mm的超高精度,完全可以保證精確的切割需求。在麵對石英切割時,精確控製功率,可以讓切麵非常光滑,而且速度要比手工加工快很多。參數都可以通過全數字顯示,通過計算機精確調整不同參數,準確之餘(yu) 更加直觀,上手難度要比手工切割低不少。
特域冷水機助力紫外激光應用
紫外激光作為(wei) 一種冷光源是備受關(guan) 注的,應該說在精細加工和維納結構製作領域都是激光技術較為(wei) 理想的波段。隻是以往紫外激光器技術難度大、穩定性不足、成本又高,同時功率難以做大,所以限製了其應用。隨著紫外激光器突破了功率局限,並且把價(jia) 格做低,其應用量快速推升,特別是過去三年尤為(wei) 明顯。除了常見的納秒紫外,皮秒紫外、超快光纖紫外激光器都出來了,應用範圍進一步打開了。
中高功率紫外激光器的應用對散熱、溫控精度要求很嚴(yan) 格,需要配備高性能的冷卻設備。廣州特域機電有限公司為(wei) 紫外激光應用研製了從(cong) 3瓦至30瓦的冷水機,特別是針對激光精細加工、超快激光應用推出了超快激光冷水機CWUP係列(10W/20W/30W)。CWUP係列冷水機適用於(yu) 高功率紫外激光器、超快激光器冷卻,溫控精度達到±0.1℃,支持電腦通訊連接,實現遠程監控。CWUP係列冷水機的推出,把我國激光冷水機技術提升到了國際先進水平,為(wei) 紫外激光微加工的應用提供了穩定可靠的冷卻設備選擇。
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