隨著全球制造業向精細化、智能化、定制化發展,激光憑借其良好的單色性、方向性、亮度等特點,被廣泛應用于工業制造、生物醫療、軍事等領域,并滲透到全球產業鏈中。隨著激光行業分工的不斷成熟,激光在微加工中的應用范圍也越來越廣泛,在日常生活中,激光微加工隨處可見。此外,在電子產品打標、電器外殼打標、食品藥品生產日期打標、消費電子微加工、手機金屬外殼切割與焊接等行業中,隨處可見激光微加工技術的身影。此外,PCB/FPCB板切割與分板、陶瓷打孔與劃片、玻璃、藍寶石、晶圓切割與微打孔等也都運用了激光加工。
讓我們了解激光微加工的6大主要工藝。
激光微加工是激光技術的一種工業應用,它將一定功率的激光聚焦到加工物體上,使激光與物體相互作用,使加工材料加熱、熔化或汽化,達到加工目的,是激光束加工(LBM)的一種。目前,激光微加工在激光制造行業的應用主要有激光切割、激光打標、激光焊接、激光雕刻、激光表面處理、激光 3D 打印。
激光切割
原理:利用聚焦的高功率密度激光束照射工件,使照射材料迅速熔化、氣化、燒蝕或達到燃點。同時利用與光束同軸的高速氣流將熔融材料吹走,實現對工件的切割。
特點:切割速度高、表面光滑美觀、一次性加工、工件變形小、無刀具磨損、清理污染低,可加工金屬、非金屬及非金屬復合材料、皮革、木材、纖維等,適用于車體厚度精細切割如板、汽車零部件、鋰電池、心臟起搏器、密封繼電器等密封裝置及各種不允許焊接污染和變形的裝置。
激光打標
原理:利用高能量密度的激光對工件進行局部照射,使表層材料氣化或引起顏色變化的化學反應,從而留下永久性的標記。
特點:非接觸式加工,可在任何異形表面進行標記,工件不會變形和產生內應力,加工精度高,加工速度快,清潔環保,成本低,適用于金屬、塑料、玻璃、陶瓷、木材、皮革等材料。
激光焊接
原理:利用高能量密度的激光束輻射加熱工件表面,表面熱量通過熱傳導向內部擴散。通過控制激光脈沖的寬度、能量、峰值功率和重復頻率,使工件熔化,形成特定的熔池。
特點:可焊性降低,不受磁場影響,空間限制小,無電極污染,適合自動高速焊接,能焊接不同性質的金屬,能在封閉的空間內工作,適用于圓鋸片、亞克力、彈簧墊片、電子零件用銅板、一些金屬網板、鐵板、鋼板、磷青銅、電木、薄鋁合金、石英玻璃、硅橡膠、氧化鋁陶瓷片下面的 1mm、航空航天工業用的鈦合金等。
激光雕刻
原理:激光照射材料表面,材料吸收能量后瞬間熔化或氣化,形成劃痕線。
特點:自動跳號、熱影響區小、線條細膩、清潔耐磨、環保節能、節省材料,可用于木制品、有機玻璃、金屬板、玻璃、石材、水晶、紙張、2色板、氧化鋁、皮革、樹脂等材料的蝕刻。
激光表面處理 - 激光清洗
原理:利用激光加熱材料表面,實現清洗。
特點:加工速度快,零件變形小,加工精確,自動淬火處理效果,適用于除銹,除涂層,脫漆,除油等應用。
3D 激光打印
原理:利用鋪粉輥在工件表面鋪一層粉末,激光束按照粉末層輪廓截面掃描粉末層,使粉末熔化、燒結,實現工件的粘接。
特點:機械加工工藝簡單,可加工材料范圍廣泛,加工精度高,無需支撐結構,材料利用率高,結合計算機數控技術、柔性制造技術,可用于模具、模型的制造。
激光微加工應用的發展
目前光纖激光器的市場份額高于固體激光器,主要原因是光纖激光器主要用于高功率宏加工,市場需求與制造業發展階段相符;固體激光器主要用于激光微加工,雖然激光微加工市場正處于快速發展階段,但目前市場容量小于微加工市場容量,但可穿戴設備、半導體芯片、醫療、新能源等高精尖制造仍需依賴激光微加工。
雖然各類激光機側重的工業應用不同,下游應用市場需求差異較大,其市場規模也存在一定差異,但隨著全球工業激光機市場規模不斷增長,未來激光微加工在工業領域及消費領域的應用仍將不斷增多。