纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光,您分得浑吗?

公布工夫: 2018-05-18 阅读量:

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泉源:前沿数控技术

  人人对激光加工其实不生疏,但您对常常能听到的纳秒激光、皮秒激光、飞秒激光等,您是不是能分得浑呢?

 

  ▌ 我们先去搞清楚工夫单元换算

  1ms (毫秒)=0.001秒=10-3秒

  1μs (微秒)=0.000001=10-6秒

  1ns (纳秒)=0.0000000001秒=10-9秒

  1ps (皮秒)=0.0000000000001秒=10-12秒

  1fs (飞秒)=0.000000000000001秒=10-15秒

  搞清楚了工夫单元,我们便知道了飞秒激光是一种极为超短脉冲的激光加工。远十年来,超短脉冲激光加工手艺获得日新月异的生长。

  ▌ 超短脉冲激光的意义

  人们很早就实验应用激光停止微加工。然则因为激光的少脉冲宽度和低激光强度形成质料融化并连续蒸发,固然激光束能够被聚焦成很小的光斑,然则对质料的热打击仍然很大,限定了加工的精度。惟有削减热影响才气进步加工质量。

  当激光以皮秒量级的脉冲工夫做用到质料上时,加工结果会发作明显转变。跟着脉冲能量急剧上升,下功率密度足以剥离外层电子。因为激光取质料相互作用的工夫很短,离子正在将能量通报到四周质料之前便曾经从质料外面被烧蚀掉了,不会给四周的质料带来热影响,因而也被称为“冷加工”。依附冷加工带来的上风,短取超短脉冲激光器进入到工业生产运用傍边。

  

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  激光加工:少脉冲 VS 超短脉冲

  超短脉冲加工能量极快天注入很小的感化地区,霎时高能量密度堆积使电子吸取和活动体式格局发作转变,制止了激光线性吸取、能量转移和散布等影响,从根本上改动了激光取物资相互作用机制。

  

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  少脉冲激光加工后的部位

  

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  超快激光脉冲加工后的部位

  ▌ 激光加工的普遍运用

  激光加工包罗下功率切割、焊接;微加工之钻孔、划线、切割、纹理、剥除、断绝等,种种激光加工手腕的主要用途有:

  

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  1. 钻孔

  电路板设想中人们最先用陶瓷基底替代通例的塑料基底以实现更好的导热结果。为了衔接电子元件,一样平常需求正在板上钻高达数十万个μm级的小孔。因而包管基底的稳定性不会遭到钻孔历程时热输入的影响便变得十分重要,皮秒激光恰是这个运用的幻想东西。

  皮秒激光能以打击钻探的体式格局完成孔的加工,并包管孔的匀称性。除电路板,皮秒激光借能够对塑料薄膜、半导体、金属膜和蓝宝石等质料停止下质量钻孔。

  100μm不锈钢薄片,钻孔,3.3ns vs 200fs ,1万个脉冲,烧蚀阈值四周:

  

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  2. 划线,切割

  经由过程扫描的体式格局叠加激光脉冲能够构成线。一般要经由过程大量的扫描能够深切到陶瓷内部,直到线的深度到达质料厚度的 1/6。然后沿着这些刻线从陶瓷基底上星散单个模块。这类星散要领叫做划线。

  另一种星散要领是运用超短脉冲激光烧蚀切割,也称为溶解切割。激光对质料停止烧蚀,去除质料直到它被切透。这个手艺的优点是加工的孔的外形和尺寸具有较大的灵活性。所有的工艺步调能够经由过程一台皮秒激光器完成。

  皮秒激光和纳秒激光正在聚碳酸酯质料上停止划线加工的差别结果。

  

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  3. 线烧蚀(去除镀层)

  别的一种常常被视作微加工的运用是正在不损伤或细微损伤基底质料的状况下准确去除涂层。烧蚀既能够是几微米宽的线,也能够是几平方厘米的大面积去除。

  因为涂层的厚度一般近小于烧蚀的宽度,以至于热量不克不及正在侧面传导。因而能够运用纳秒级脉冲宽度的激光。

  下平均功率激光、方形或矩形传导光纤、平顶光强散布,这几项手艺的联合使得激光面烧蚀得以正在产业范畴获得运用。比方:运用通快公司的 TruMicro 7060 激光器去除薄膜太阳电池玻璃上的涂层。一样的激光器也能够运用正在汽车工业中匹敌侵蚀涂层停止去除,为后续焊接做预备。

  

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  4. 外面构造化

  构造化能够改动质料外面的物理特性。凭据荷花效应,疏水性外面构造让火从外面流掉。用超短脉冲激光器正在外面发明亚微米构造能够实现这个特性,并能够经由过程改动激光参数对所要发明的构造停止准确掌握。

  相反的结果,比方亲水性外面,一样能够实现,并且微加工借能够发明更大尺寸的构造。这些工艺能够用于发动机中的油箱去制造一些低落磨损的微结构,大概正在金属表面构造化实现取塑料的焊接。

  

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  5. 镌刻成型

  镌刻成型是经由过程烧蚀质料发明三维外形。只管烧蚀的尺寸可能会凌驾传统意义上所说的微加工的领域,然则它所需的精度照样使它被分别到这类激光应用领域。皮秒激光能够用于加工铣床的多晶金刚石刀具边沿。

  激光是加工多晶金刚石的幻想东西,多晶金刚石是能够建造铣刀刀刃的极其坚固的质料。运用镌刻成型手艺去加工铣刀的切屑槽和齿,这类情况下激光的优点黑白打仗和下加工精度。

  微加工具有异常辽阔的运用远景,愈来愈多的生活用品正经由过程激光微加工进入我们的视野。

  

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  激光加工属于无打仗式加工,具有后续工艺少,可控性好、易于集成,加工效力下、质料消耗小,环境污染低等明显上风,已普遍应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等行业,对提高产品质量、劳动生产率、自动化水平、削减质料斲丧等起到越来越主要的感化。

   


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