激光技術是二十世紀自然科學的一大重要發(fā)明,隨著1960年由美國科學家梅曼發(fā)明的臺三能級紅寶石激光器,人類次獲得了
具有非常良好的相干性的光源,隨著近四五十年激光技術的發(fā)展,激光器的種類,激光器的能量有了爆發(fā)性的增長,激光被越來越多的
應用在通訊,工業(yè),國防,醫(yī)療,農業(yè)等各個方面。
激光加工作為傳統(tǒng)材料加工方式的一種補充方式,在材料加工領域逐步發(fā)展成熟起來,那么我們先來了解一下激光加工的原理以及激光
加工與傳統(tǒng)加工方式有哪些不同。激光與物質的相互作用是激光加工的物理基礎。因為激光必須被材料吸收并轉化,才能用不同波長不
同功率密度或者不同能量密度的激光進行不同的加工。激光與物質的相互作用涉及到激光物理,原子與分子物理,等離子體物理,固體
與半導體物理,材料科學等廣泛的學科領域,當激光作用到材料上時,電磁能先轉化為電子激發(fā)能,然后再轉化為熱能,化學能和機械
能。因此加工過程中,材料的被加工區(qū)域將發(fā)生各種變化,這些變化主要體現(xiàn)在材料的升溫,融化,汽化,產生等離子體云等。
在對玻璃,陶瓷,以及薄金屬的加工方面,脈沖激光有著非常明顯的優(yōu)勢,隨著脈沖激光器技術的成熟,各種不同的脈沖激光器被大量
的使用在材料的微加工領域,,一般而言,激光器的脈寬越短,加工效果越好,加工缺陷或者毛刺都會越少,但是激光器的脈寬越短,
激光器的價格都會成倍的增加,所以要根據(jù)具體需求和應用選擇合適的脈沖激光器。目前大規(guī)模使用的脈沖激光器一般都是納秒級別的
固體或者光纖激光器。下圖是使用普通常見的納秒激光器和亞納秒激光器加工同種材料的對比。
我們可以看出在切割陶瓷材料上,亞納秒激光器的切割邊界會更窄,邊界痕跡會更加的不明顯。而1064nm波長的亞納秒激光器在塑
料,薄金屬等硬脆材質的加工上,也有非常好的效果,比如在使用brightsolution的sol系列亞納秒激光器搭配日本geomatec的擴束
鏡和平場聚焦鏡(f-thete鏡)scanlab的振鏡系統(tǒng),使用如下圖所示的高工光路在金屬表面進行加工。
我們可以看到在不同的掃描速度和激光器不同的重復頻率下,在金屬表面可以呈現(xiàn)出不同的顏色,在金屬材料加工方面就有了更多的選擇。
在加工塑料或同等類型的材質時,我們可以實時的改變激光器的單脈沖能量來改變材料表面的熱反應程度,從而可以在材料表面進行不
同灰度的加工。
對于一些玻璃類型的透明材料來說,一般通常會使用532nm的綠光激光器進行加工,在使用普通的納秒激光器進行玻璃材質的切割和
劃線時一般會遇到加工邊緣毛刺較大,崩邊現(xiàn)象比較明顯,而采用亞納秒激光器就會很好的抑制這種現(xiàn)象(加工效果如下圖所示)
而在對于玻璃的表面雕刻和玻璃的3d內雕方面亞納秒激光器有著更加完美的表現(xiàn),因為崩邊效果的減弱,亞納秒激光器在玻璃雕刻上
可以更加完美的體現(xiàn)圖案的細節(jié),根據(jù)實測數(shù)據(jù),使用brightsolution wedge 系列532波長的亞納秒激光器在進行玻璃內雕的時候,
激光焦點附近的爆點直徑都小于50微米,極大的提高了材料的加工精度,效果要遠好于普通的納秒激光器。
上述可以看到,亞納秒激光器和納秒激光器僅僅一個字的差別,但在實際的工業(yè)加工上,亞納秒激光器卻可以極大的提升加工效果,而
且成本僅僅比普通的納秒激光器提升了很小的一部分,成本遠遠不及動輒要及時上百萬的皮秒和飛秒激光器,所以在工業(yè)加工領域亞納
秒激光器是一個非常好的選擇。
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