微加工中光纤激光器的发挥

浪起激光8年前56257

 购买光纤激光器如今,激光工艺已广泛应用于制造业,比如金属的切割与焊接,其中一个重要领域就是激光微制造或是激光微加工。这里的“微”指的是基板厚度不足1毫米,尺寸测量精确至微米。与传统的大规模生产应用,比如机扑焊接或是钣金切割相比,进行微加工时所需用到的设备及工艺则更强调精确度以及严谨的进程控制。由于这些应用往往对热能很敏感,对精确度有极高的要求,所以,所选激光器的类型、规格、光学系统及硬件配置对于稳定的规模生产而言至关重要。
激光器的选择取决于诸多因素,其中包括材料属性、加工形状、进程容差、所需产能等等。新型光纤激光器需要在降低成本的同时,提供改良的、更加灵活的激光源。
棒式固态激光器有一个致命缺陷,即热透镜效应会导致平均功率受限。IPG推出的准连续掺镱光纤激光器(QCW),具有高亮度/光束质量、高脉冲能量、高峰值功率及高平均功率,已成为替代照射棒或二极管泵浦固态激光器的理想选择。这种风冷、紧凑型激光器,电光转换效率超过30%,全程免维护,输出波长1070nm,毫秒级“长脉冲”。另有“连续模式”可选。
如果需要更短的脉冲(纳秒级或是更短),用户也有一系列覆盖多波长、多脉冲能量、多平均功率/峰值功率的光纤激光器可供选择。除了已有的1064nm 近红外Q开关光纤激光器之外,还有新一代绿光(输出波长为532nm)光纤激光器。IPG推出的脉冲型绿光光纤激光器的主要特点为峰值功率高,平均输出功率可达50W,脉冲周期恒定为1ns, 频率10到300kHz。光纤的脉冲能量和/ 或重复频率可根据需要调整,不影响输出光束的参数,M2 < 1.2,与传统的激光器相比更高效、更紧凑,成本也更低。

  虽然IPG光子有从紫外线到中红外等一系列激光器, 但是本文将重在讨论准连续光纤激光器及脉冲型绿光光纤激光器。接下来我们将通过实例研究这两种激光器的工艺特点,探讨其在规模生产中的应用。
关于准连续光纤激光器,我们主要观察了其在氧化铝、氮化铝、蓝宝石等陶瓷土中的应用结果。氧化铝(多晶Al203)和氮化铝(AlN)被公认为是超级导热材料,广泛用于各行各业, 如LED、RF、微波封装等。在这些行业中,钻孔速度与成型速度将直接影响生产成本。另一方面,单晶Al2O3, 也就是我们通常所说的蓝宝石,硬度特别高,仅次于钻石。与传统的光学玻璃相比,蓝宝石不仅更坚固,更耐划,而且光传输从紫外线到近红外, 导热性能也极佳。蓝宝石作为一种能够通过MOCVD扩大光发射外延层的材料,已大量应用于LED行业。在过去几年里,蓝宝石的应用随着LED行业的发展出现了井喷式的增长,如背景照明,近年来更逐步推进至一般照明。另一个增长点是家用电子产品, 蓝宝石可以用于制造手机摄像头、功能键甚至是整个显示屏。
绿光光纤激光器适用于那些不易通过近红外波段加工的材料,如聚合物(PEEK、硅胶、环氧树脂、FR4),因此堪称准连续光纤激光器的“最佳搭档”。绿光光纤激光器脉冲周期更短, 因而可以对金属或陶瓷土进行精细加工。我们随我们将一一展示其在不同材料中的应用结果。

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