随着全球制造业向精细化、智能化、定制化发展,激光凭借其良好的单色性、方向性、亮度等特点,被广泛应用于工业制造、生物医疗、军事等领域,并渗透到全球产业链中。随着激光行业分工的不断成熟,激光在微加工中的应用范围也越来越广泛,在日常生活中,激光微加工随处可见。此外,在电子产品打标、电器外壳打标、食品药品生产日期打标、消费电子微加工、手机金属外壳切割与焊接等行业中,随处可见激光微加工技术的身影。此外,PCB/FPCB板切割与分板、陶瓷打孔与划片、玻璃、蓝宝石、晶圆切割与微打孔等也都运用了激光加工。
让我们了解激光微加工的6大主要工艺。
激光微加工是激光技术的一种工业应用,它将一定功率的激光聚焦到加工物体上,使激光与物体相互作用,使加工材料加热、熔化或汽化,达到加工目的,是激光束加工(LBM)的一种。目前,激光微加工在激光制造行业的应用主要有激光切割、激光打标、激光焊接、激光雕刻、激光表面处理、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、气化、烧蚀或达到燃点。同时利用与光束同轴的高速气流将熔融材料吹走,实现对工件的切割。
特点:切割速度高、表面光滑美观、一次性加工、工件变形小、无刀具磨损、清理污染低,可加工金属、非金属及非金属复合材料、皮革、木材、纤维等,适用于车体厚度精细切割如板、汽车零部件、锂电池、心脏起搏器、密封继电器等密封装置及各种不允许焊接污染和变形的装置。
激光打标
原理:利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料气化或引起颜色变化的化学反应,从而留下永久性的标记。
特点:非接触式加工,可在任何异形表面进行标记,工件不会变形和产生内应力,加工精度高,加工速度快,清洁环保,成本低,适用于金属、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辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散。通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰值功率和重复频率,使工件熔化,形成特定的熔池。
特点:可焊性降低,不受磁场影响,空间限制小,无电极污染,适合自动高速焊接,能焊接不同性质的金属,能在封闭的空间内工作,适用于圆锯片、亚克力、弹簧垫片、电子零件用铜板、一些金属网板、铁板、钢板、磷青铜、电木、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、氧化铝陶瓷片下面的 1mm、航空航天工业用的钛合金等。
激光雕刻
原理:激光照射材料表面,材料吸收能量后瞬间熔化或气化,形成划痕线。
特点:自动跳号、热影响区小、线条细腻、清洁耐磨、环保节能、节省材料,可用于木制品、有机玻璃、金属板、玻璃、石材、水晶、纸张、2色板、氧化铝、皮革、树脂等材料的蚀刻。
激光表面处理 - 激光清洗
原理:利用激光加热材料表面,实现清洗。
特点:加工速度快,零件变形小,加工精确,自动淬火处理效果,适用于除锈,除涂层,脱漆,除油等应用。
3D 激光打印
原理:利用铺粉辊在工件表面铺一层粉末,激光束按照粉末层轮廓截面扫描粉末层,使粉末熔化、烧结,实现工件的粘接。
特点:机械加工工艺简单,可加工材料范围广泛,加工精度高,无需支撑结构,材料利用率高,结合计算机数控技术、柔性制造技术,可用于模具、模型的制造。
激光微加工应用的发展
目前光纤激光器的市场份额高于固体激光器,主要原因是光纤激光器主要用于高功率宏加工,市场需求与制造业发展阶段相符;固体激光器主要用于激光微加工,虽然激光微加工市场正处于快速发展阶段,但目前市场容量小于微加工市场容量,但可穿戴设备、半导体芯片、医疗、新能源等高精尖制造仍需依赖激光微加工。
虽然各类激光机侧重的工业应用不同,下游应用市场需求差异较大,其市场规模也存在一定差异,但随着全球工业激光机市场规模不断增长,未来激光微加工在工业领域及消费领域的应用仍将不断增多。