CO2激光切割機(jī)

　　基本信息

　　簡(jiǎn)介

　　非金屬激光打標(biāo)領(lǐng)域常見(jiàn)的有固體激光打標(biāo)機(jī)和氣體激光打標(biāo)機(jī)（CO2激光切割機(jī)）非金屬激光切割機(jī)一般靠激光電源帶動(dòng)激光管發(fā)光，通過(guò)幾個(gè)反光鏡的折射，使光線傳輸?shù)郊す忸^，再由激光頭上安裝的聚焦鏡將光線匯聚成為一點(diǎn)，而這一點(diǎn)可以達(dá)到很高的溫度，從而將材料瞬間升華為氣體，由抽風(fēng)機(jī)吸走，這樣就達(dá)到切割的目的；一般激光切割機(jī)使用的激光管內(nèi)填充的主要?dú)怏w為CO2，因此這種激光管成為CO2激光管，而使用這種激光管的激光切割機(jī)稱(chēng)之為CO2激光切割機(jī)。

　　陶瓷基板加工應(yīng)用

　　為了將陶瓷基板分為獨(dú)立部分，可使用激光打標(biāo)機(jī)刻劃（打鉆）一系列局部（未通）高公差孔洞。這些孔洞大約深入基板三分之一，生成后期破裂的優(yōu)先斷層線。使用其它技術(shù)，也可以在基板上加工通路、槽孔、確定形貌和精細(xì)圖案。

　　由于常用陶瓷具有吸收的特性，CO2激光器已經(jīng)成為激光器的選擇。脈沖CO2激光器光束的能量在陶瓷表面被吸收，因此產(chǎn)生局部加熱、熔化和汽化。圖2顯現(xiàn)出氧化鋁內(nèi)0.0045英寸劃線的頂視圖，表明在使用相對(duì)較長(zhǎng)脈沖期間（大約75-300m，視厚度而定），在高斯光束能量分布圖中的低能量邊緣之下，因局部熔化造成的熱影響區(qū)域(HAZ)。

　　多年以來(lái)，CO2激光器以長(zhǎng)時(shí)間班次工作時(shí)，在氣體和能量方面將消耗大量資源，還要求制定維護(hù)計(jì)劃。另外，典型用于這種應(yīng)用的脈沖參數(shù)意味著密封管CO2激光器技術(shù)不太合適。整體來(lái)說(shuō)，在經(jīng)過(guò)多年大量改進(jìn)時(shí)，CO2激光器在可靠性和維護(hù)問(wèn)題方面仍然位于其它技術(shù)之后。在維護(hù)期間，這些激光器的光束質(zhì)量還是易于變化；可以達(dá)到的最小光點(diǎn)大小也易于受到長(zhǎng)波影響。單獨(dú)來(lái)講，陶瓷的激光器光束吸收特性使這種技術(shù)影響該市場(chǎng)領(lǐng)域很長(zhǎng)時(shí)間。

　　新劃線技術(shù)

　　以前試圖將Nd:YAG激光器應(yīng)用于劃線工藝中沒(méi)有成功，因?yàn)?.064μm的吸收太弱；沒(méi)有足夠能量沉積在表面層產(chǎn)生需要的效果。為此，SynchronLaserService公司（位于美國(guó)密執(zhí)安州SouthLyon）開(kāi)發(fā)了表面處理技術(shù)，以在更短波長(zhǎng)范圍內(nèi)加強(qiáng)陶瓷對(duì)激光器光線的吸收。這種工藝快速并微微浸入陶瓷表面并在足夠短的距離加強(qiáng)近紅外激光器脈沖的沉積能量，以產(chǎn)生必要的熔化和汽化。將這種正在申請(qǐng)專(zhuān)利的表面處理技術(shù)和SPILasers（位于英國(guó)Southampton）的光纖激光器技術(shù)相組合，其實(shí)現(xiàn)的工藝性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出使用CO2激光打標(biāo)機(jī)所能達(dá)到的工藝性能。

　　表面處理大大加強(qiáng)了光纖激光器光束融入到陶瓷頂部表面之內(nèi)，以開(kāi)始打鉆過(guò)程。激光器脈沖與材料表面之間相互作用的加強(qiáng)動(dòng)力，結(jié)合了確保表面光點(diǎn)大小持續(xù)一致的定制高解析度光束傳遞系統(tǒng)，這意味著可以在陶瓷基板實(shí)現(xiàn)更小的形貌。Synchron也考慮了一些現(xiàn)有其它激光器技術(shù)，希望可以加工甚至更精細(xì)的劃線；但結(jié)論是：沒(méi)有一種技術(shù)能以其獨(dú)特方式達(dá)到目標(biāo)速度，在一些情況下至少要慢10倍。

　　與CO2激光器相比，光纖激光器展示出更佳的一致性和可靠性，可以加工更精細(xì)的形貌，包括破裂之后邊緣質(zhì)量提高三倍以上。圖5進(jìn)一步展示了可以達(dá)到的邊緣質(zhì)量，在此描述切割箭頭形狀產(chǎn)生的原邊緣。重要的是，新工藝甚至可以達(dá)到采用CO2激光器時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)速度。

　　在0.0150英寸厚的氧化鋁基板上，劃線速度每分鐘超過(guò)1300英寸，大約是CO2激光器的兩倍（都深入30%）；但機(jī)加工速度至少是平均值，在大多數(shù)情況下速度超過(guò)CO2激光器。根據(jù)Synchron的情況，是由于采用移動(dòng)控制系統(tǒng)而非激光器，才導(dǎo)致產(chǎn)量受限。

　　可以采用這種時(shí)新的方式加工氧化鋁和氮化鋁陶瓷。采用氧化鋁時(shí)，工藝限制最多達(dá)到大約0.060英寸的基板厚度，雖然在更長(zhǎng)時(shí)間需要加工條件嚴(yán)苛應(yīng)用中的的更厚材料。更厚的基板也可以提供更多散熱，例如對(duì)于高亮度LED應(yīng)用中的情況。

　　氮化鋁陶瓷一般比氧化鋁更難加工，因?yàn)闊醾鲗?dǎo)性更好，因此加工要求具有成比例的更大功率。另一方面，可以達(dá)到更精細(xì)的形貌，因?yàn)橹挥泄馐淖罡呙芏炔糠植拍墚a(chǎn)生需要的工藝，而材料的高導(dǎo)熱性最低程度降低了光束能量分布圖兩側(cè)的HAZ。使用這種新方法的初步結(jié)果優(yōu)良，采用這種材料的工藝仍然可以微調(diào)。

　　工藝改進(jìn)

　　光纖激光器可以提供一系列獨(dú)特的性能，應(yīng)用于廣泛的材料加工。例如，可靠的高斯光束分布圖（TEM00）對(duì)于表面達(dá)到和維護(hù)持續(xù)一致的光點(diǎn)大小十分重要。光纖激光器在這一方面表現(xiàn)良好，所有輸出功率展示出特別優(yōu)質(zhì)的光束分布，因此允許工作距離大（獨(dú)立）。另一種優(yōu)點(diǎn)是小光點(diǎn)尺寸和優(yōu)質(zhì)光束轉(zhuǎn)換為焦點(diǎn)的高亮度光，實(shí)現(xiàn)可靠加工，精確度高，HAZ最小。

　　光纖激光器能通過(guò)以下幾種方式共同實(shí)現(xiàn)最大程度的降低運(yùn)營(yíng)成本：降低維護(hù)成本、沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)或校準(zhǔn)要求、更長(zhǎng)正常運(yùn)行時(shí)間以及在更高產(chǎn)量時(shí)提高生產(chǎn)質(zhì)量。光纖激光器結(jié)構(gòu)緊湊，結(jié)實(shí)耐用，因此適合最具挑戰(zhàn)的工業(yè)環(huán)境。

　　Synchron的專(zhuān)有技術(shù)突破了工業(yè)中技術(shù)進(jìn)步的新領(lǐng)域，即在消費(fèi)電子產(chǎn)品生產(chǎn)中不能匹配其它材料的加工。行業(yè)巨頭相對(duì)較少，一方面競(jìng)爭(zhēng)成本高，另一方面還需要對(duì)客戶需求保持靈活變化，面對(duì)這種境況，任何工藝進(jìn)步都可能導(dǎo)致贏得重要市場(chǎng)。

　　組合光纖激光器和專(zhuān)有表面修改工藝實(shí)現(xiàn)的形貌尺寸降低，為電子產(chǎn)品級(jí)陶瓷加工更精細(xì)劃線開(kāi)啟了大門(mén)，每月產(chǎn)量通常超過(guò)1000萬(wàn)件，輕松滿足蜂窩式電話和音樂(lè)播放器以及用于背光和汽車(chē)應(yīng)用的高密度LED的大規(guī)模消費(fèi)電子產(chǎn)品的生產(chǎn)需要。事實(shí)上，一些工業(yè)正在要求陶瓷基板孔洞<0.003英寸，精確度優(yōu)于0.0005英寸，采用CO2激光打標(biāo)機(jī)不容易達(dá)到這種解析度，但是Synchron的新方法已經(jīng)在大規(guī)模生產(chǎn)中達(dá)到這種水平。

　　表面處理可以采用噴涂、浸入或輥壓，不需要大量烘干時(shí)間。應(yīng)用陶瓷表面處理不會(huì)增加其它工藝步驟，因?yàn)橐恍╊?lèi)型的涂布步驟（通常是防飛濺層）對(duì)于已經(jīng)建立的CO2加工工藝比較常見(jiàn)。另外，新工藝產(chǎn)生的殘余物活性更低，數(shù)量更少，只會(huì)消除飛濺問(wèn)題。

　　以更高速度加工陶瓷基板更精細(xì)的形貌，在設(shè)計(jì)、性能和成本方面為電子工業(yè)帶來(lái)了優(yōu)點(diǎn)。光纖激光器可以幫助在可行的競(jìng)爭(zhēng)要求的重要標(biāo)準(zhǔn)之中達(dá)到更好平衡：通常是有效光學(xué)性能、工藝靈活性、高產(chǎn)量、長(zhǎng)時(shí)間系統(tǒng)正常運(yùn)行以及可靠性。對(duì)于Synchron的情況，光纖激光器有助于確保達(dá)到以前無(wú)法實(shí)現(xiàn)的陶瓷加工性能水平

　　其他

　　工業(yè)應(yīng)用

　　世界第一臺(tái)CO2激光切割機(jī)是二十世紀(jì)七十年代的誕生的。三十多年來(lái),由于應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大,CO2激光切割機(jī)不斷改進(jìn),國(guó)際國(guó)內(nèi)已有多家企業(yè)從事生產(chǎn)各種CO2激光切割機(jī)以滿足市場(chǎng)的需求,有二維平板切割機(jī)、三維空間曲線切割機(jī)、管子切割機(jī)等。根據(jù)美國(guó)激光工業(yè)應(yīng)用權(quán)威雜志"IndustrialLaserSolution"2000年度報(bào)告統(tǒng)計(jì)：1999年全世界共銷(xiāo)售的激光切割系統(tǒng)（主要是CO2激光切割系統(tǒng)）為3325臺(tái),共11.74億美元。雖然激光切割的發(fā)展趨勢(shì)較快,但應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。至2003年我國(guó)已在工業(yè)生產(chǎn)中使用的CO2激光切割系統(tǒng)累計(jì)已達(dá)500臺(tái)左右,約占全世界正運(yùn)行系統(tǒng)總量的1.5%。

　　技術(shù)參數(shù)

　　激光類(lèi)型CO2封離式玻璃管激光器

　　工作平臺(tái)履帶式切割平臺(tái)

　　最大單屏雕花幅面范圍250mm×250mm-450mm×450mm

　　運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)脫機(jī)或聯(lián)機(jī)運(yùn)動(dòng)控制，5寸液晶屏顯示

　　供電電源220V±10%50Hz

　　支持圖形格式AI、BMP、PLT、DXF、DST等

　　標(biāo)配500W抽煙機(jī)

　　選配專(zhuān)用自動(dòng)送料機(jī)、冷水機(jī)(空冷不配）

　　適用行業(yè)

　　適用于CO2激光切割機(jī)的情況主要有要求均勻切割的特殊零件，廣告，裝飾等服務(wù)行業(yè)用的厚度不超過(guò)三毫米的不銹鋼和厚度不超過(guò)二十毫米的非金屬材料，還有一種就是切割輪廓復(fù)雜但是量很小的工件加工，用來(lái)節(jié)省制造模具的成本和周期。