微加工中光纖激光器的發(fā)揮
購買光纖激光器如今,激光工藝已廣泛應(yīng)用于制造業(yè),比如金屬的切割與焊接,其中一個重要領(lǐng)域就是激光微制造或是激光微加工。這里的“微”指的是基板厚度不足1毫米,尺寸測量精確至微米。與傳統(tǒng)的大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用,比如機撲焊接或是鈑金切割相比,進(jìn)行微加工時所需用到的設(shè)備及工藝則更強調(diào)精確度以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪M(jìn)程控制。由于這些應(yīng)用往往對熱能很敏感,對精確度有極高的要求,所以,所選激光器的類型、規(guī)格、光學(xué)系統(tǒng)及硬件配置對于穩(wěn)定的規(guī)模生產(chǎn)而言至關(guān)重要。
激光器的選擇取決于諸多因素,其中包括材料屬性、加工形狀、進(jìn)程容差、所需產(chǎn)能等等。新型光纖激光器需要在降低成本的同時,提供改良的、更加靈活的激光源。
棒式固態(tài)激光器有一個致命缺陷,即熱透鏡效應(yīng)會導(dǎo)致平均功率受限。IPG推出的準(zhǔn)連續(xù)摻鐿光纖激光器(QCW),具有高亮度/光束質(zhì)量、高脈沖能量、高峰值功率及高平均功率,已成為替代照射棒或二極管泵浦固態(tài)激光器的理想選擇。這種風(fēng)冷、緊湊型激光器,電光轉(zhuǎn)換效率超過30%,全程免維護(hù),輸出波長1070nm,毫秒級“長脈沖”。另有“連續(xù)模式”可選。
如果需要更短的脈沖(納秒級或是更短),用戶也有一系列覆蓋多波長、多脈沖能量、多平均功率/峰值功率的光纖激光器可供選擇。除了已有的1064nm 近紅外Q開關(guān)光纖激光器之外,還有新一代綠光(輸出波長為532nm)光纖激光器。IPG推出的脈沖型綠光光纖激光器的主要特點為峰值功率高,平均輸出功率可達(dá)50W,脈沖周期恒定為1ns, 頻率10到300kHz。光纖的脈沖能量和/ 或重復(fù)頻率可根據(jù)需要調(diào)整,不影響輸出光束的參數(shù),M2 < 1.2,與傳統(tǒng)的激光器相比更高效、更緊湊,成本也更低。
雖然IPG光子有從紫外線到中紅外等一系列激光器, 但是本文將重在討論準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器及脈沖型綠光光纖激光器。接下來我們將通過實例研究這兩種激光器的工藝特點,探討其在規(guī)模生產(chǎn)中的應(yīng)用。
關(guān)于準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器,我們主要觀察了其在氧化鋁、氮化鋁、藍(lán)寶石等陶瓷土中的應(yīng)用結(jié)果。氧化鋁(多晶Al203)和氮化鋁(AlN)被公認(rèn)為是超級導(dǎo)熱材料,廣泛用于各行各業(yè), 如LED、RF、微波封裝等。在這些行業(yè)中,鉆孔速度與成型速度將直接影響生產(chǎn)成本。另一方面,單晶Al2O3, 也就是我們通常所說的藍(lán)寶石,硬度特別高,僅次于鉆石。與傳統(tǒng)的光學(xué)玻璃相比,藍(lán)寶石不僅更堅固,更耐劃,而且光傳輸從紫外線到近紅外, 導(dǎo)熱性能也極佳。藍(lán)寶石作為一種能夠通過MOCVD擴(kuò)大光發(fā)射外延層的材料,已大量應(yīng)用于LED行業(yè)。在過去幾年里,藍(lán)寶石的應(yīng)用隨著LED行業(yè)的發(fā)展出現(xiàn)了井噴式的增長,如背景照明,近年來更逐步推進(jìn)至一般照明。另一個增長點是家用電子產(chǎn)品, 藍(lán)寶石可以用于制造手機攝像頭、功能鍵甚至是整個顯示屏。
綠光光纖激光器適用于那些不易通過近紅外波段加工的材料,如聚合物(PEEK、硅膠、環(huán)氧樹脂、FR4),因此堪稱準(zhǔn)連續(xù)光纖激光器的“最佳搭檔”。綠光光纖激光器脈沖周期更短, 因而可以對金屬或陶瓷土進(jìn)行精細(xì)加工。我們隨我們將一一展示其在不同材料中的應(yīng)用結(jié)果。
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