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光纖激光器用于顯微機械加工

發布時間:2012-07-19 | 來源:星鴻藝激光焊接運營部 | 分享:


光纖激光器用于顯微機械加工,應用于顯微機械加工 ,對于需要優異模質量和高聚焦性能來實現小形體尺寸的顯微機械加工工藝,這些新型激光器能夠實現商業應用。多年來,脈沖 Nd:YAG激光一直是金屬精密切割、精細焊接和鉆孔的首選。在1微米波長附近,與同等二氧化碳激光器相比,其聚焦光學鏡更小,更簡單,光纖激光打標機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,與傳統激光相比具有多種優勢,而且在實現新的顯微機械加工應用方面具有更大潛力。
  醫療行業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沖燈泵Nd:YAG激光。由于以下兩個基本原因,醫療設備一般很小:一是它們通常需要安裝到狹小區域;二是其制作材料昂貴,減少尺寸也就是降低成本。能夠在僅有幾微米區域工作的激光器是精巧、昂貴設備的理想解決方案。醫療設備行業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。其有助于擴張動脈,疏通血流。這種插入到患病冠狀動脈中的圓柱形金屬支架,能使血液恢復充分流通。支架所用材料包括316L不銹鋼或鎳鈦合金(形狀記憶合金)。管的典型直徑為1~10毫米,壁厚約 100微米。關鍵是切口寬度要小(20~30微米),這就要求光纖激光器需提供較高的光束質量與激光功率穩定性。激光切割(laser cutting)必須具有較高的表面質量,較小的熱影響區域,而且無殘渣。圖2是經過切割與超聲波清洗器清洗后的典型支架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20微米)。采用單模激光輸出以及氮氣輔助氣體,切割厚度為0.5毫米的316L不銹鋼的典型速度大約為 5米/分鐘。氧氣和氮氣之間的不銹鋼切割速度對比圖。相關切割數據來自GSI 100W單模光纖激光器。
 光纖激光器也是SMT模板制作的理想選擇。可以在厚度為250~500微米的不銹鋼中制作各種形狀的精密輪廓。
  除了適用于黑色金屬和非金屬薄片,光纖激光器在切割厚的多晶硅(硅片)方面也頗具優勢。多晶硅材料非常脆,在激光切割(laser cutting)過程中極易破裂。迄今,脈沖燈泵Nd:YAG已經成功用于切割此類材料。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)方面取得了非常令人振奮的成果。這和采用脈沖Nd:YAG激光源十分接近,只是因為條紋比Nd:YAG激光器差幾個數量級,從而在邊緣質量方面僅稍遜一些。

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