עיבוד שבבי וחיתוך בלייזר & LBM

LASER CUTTING is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING technology that uses a laser to cut materials, and is typically used for industrial manufacturing applications. In LASER BEAM MACHINING (LBM), מקור לייזר ממקד אנרגיה אופטית על פני השטח של חומר העבודה. חיתוך בלייזר מכוון את הפלט הממוקד והצפיפות גבוהה של לייזר בעל הספק גבוה, באמצעות מחשב, אל החומר שיש לחתוך. לאחר מכן, החומר הממוקד נמס, נשרף, מתאדה או מועף על ידי סילון גז, באופן מבוקר ומשאיר קצה בעל גימור משטח איכותי. חותכי הלייזר התעשייתיים שלנו מתאימים לחיתוך חומרי יריעות שטוחות כמו גם חומרים מבניים וצנרת, חלקי עבודה מתכתיים ולא מתכתיים. בדרך כלל אין צורך בוואקום בתהליכי העיבוד והחיתוך של קרן הלייזר. ישנם מספר סוגים של לייזרים המשמשים בחיתוך וייצור בלייזר. הגל הפועם או המתמשך CO2 LASER  מתאים לחיתוך, משעמם וחריטה. The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical בסגנון ונבדלים רק ביישום. ה-Neodymium Nd משמש לשעמם ולמקומות שבהם נדרשת אנרגיה גבוהה אך חזרה נמוכה. הלייזר Nd-YAG לעומת זאת משמש במקום בו נדרש הספק גבוה מאוד ולמשעמום וחריטה. ניתן להשתמש בשני לייזרים CO2 וגם Nd/Nd-YAG עבור LASER WELDING. לייזרים אחרים שבהם אנו משתמשים בייצור כוללים Nd:GLASS, RUBY ו-EXCIMER. בעיבוד קרן לייזר (LBM), הפרמטרים הבאים חשובים: רפלקטיביות ומוליכות תרמית של משטח העבודה והחום הסגולי שלו והחום הסמוי של התכה ואידוי. היעילות של תהליך עיבוד קרן הלייזר (LBM) עולה עם הקטנת הפרמטרים הללו. ניתן לבטא את עומק החיתוך כך:

 

t ~ P / (vxd)

 

משמעות הדבר היא, שעומק החיתוך "t" הוא פרופורציונלי לכניסת הכוח P ופרופורציונלי הפוך למהירות החיתוך v ולקוטר נקודת הלייזר d. המשטח המיוצר עם LBM הוא בדרך כלל מחוספס ויש לו אזור מושפע חום.

 

 

 

חיתוך ועיבוד בלייזר פחמימוקסיד (CO2): לייזר ה-CO2 המעורב ב-DC נשאבים על ידי העברת זרם דרך תערובת הגז, בעוד שלייזרי CO2 מעוררי RF משתמשים באנרגיה בתדר רדיו לעירור. שיטת ה-RF חדשה יחסית והפכה לפופולרית יותר. עיצובי DC דורשים אלקטרודות בתוך החלל, ולכן הם יכולים להיות שחיקת אלקטרודות וציפוי של חומר אלקטרודה על האופטיקה. להיפך, לתהודי RF יש אלקטרודות חיצוניות ולכן הם אינם מועדים לבעיות אלו. אנו משתמשים בלייזרי CO2 בחיתוך תעשייתי של חומרים רבים כגון פלדה עדינה, אלומיניום, נירוסטה, טיטניום ופלסטיק.

 

 

 

YAG LASER CUTTING and MACHINING: אנו משתמשים בלייזרי YAG לחיתוך וחריטה של מתכות וסריקות. מחולל הלייזר והאופטיקה החיצונית דורשים קירור. פסולת חום נוצרת ומועברת באמצעות נוזל קירור או ישירות לאוויר. מים הם נוזל קירור נפוץ, המוזרם בדרך כלל דרך מקרר או מערכת העברת חום.

 

 

 

חיתוך ועיבוד EXCIMER LASER: לייזר אקצימר הוא סוג של לייזר עם אורכי גל באזור האולטרה סגול. אורך הגל המדויק תלוי במולקולות המשמשות. למשל אורכי הגל הבאים קשורים למולקולות המוצגות בסוגריים: 193 ננומטר (ArF), 248 ננומטר (KrF), 308 ננומטר (XeCl), 353 ננומטר (XeF). חלק מלייזרי אקסימר ניתנים לכוונון. ללייזרי אקסימר יש את התכונה האטרקטיבית שהם יכולים להסיר שכבות עדינות מאוד של חומר פני השטח כמעט ללא חימום או שינוי לשארית החומר. לכן לייזרים אקצימר מתאימים היטב למיקרו-עיבוד מדויק של חומרים אורגניים כמו כמה פולימרים ופלסטיקים.

 

 

 

חיתוך בלייזר בעזרת גז: לפעמים אנו משתמשים בקרני לייזר בשילוב עם זרם גז, כמו חמצן, חנקן או ארגון לחיתוך חומרי יריעות דקים. זה נעשה באמצעות a LASER-BEAM TORCH. עבור נירוסטה ואלומיניום אנו משתמשים בחיתוך לייזר בעזרת גז אינרטי בלחץ גבוה באמצעות חנקן. זה מביא לקצוות נטולי תחמוצת לשיפור יכולת הריתוך. זרמי גז אלה גם מפוצצים חומר מותך ומאדה ממשטחי העבודה.

 

 

 

ב-a LASER MICROJET CUTTING יש לנו לייזר מונחה סילון מים שבו קרן לייזר פועמת מים מונחה לתוך קרן מים נמוכה. אנו משתמשים בו לביצוע חיתוך לייזר תוך שימוש בסילון המים להנחיית קרן הלייזר, בדומה לסיב אופטי. היתרונות של לייזר microjet הם שהמים גם מסירים פסולת ומקררים את החומר, הוא מהיר יותר מחיתוך לייזר ''יבש'' מסורתי עם מהירויות חיתוך גבוהות יותר, כריכה מקבילה ויכולת חיתוך כל-כיווני.

 

 

 

אנו פורסים שיטות שונות בחיתוך באמצעות לייזרים. חלק מהשיטות הן אידוי, התכה ונשיפה, נשיפה וצריבה מתכת, פיצוח מתח תרמי, שרבוט, חיתוך קר ושריפה, חיתוך לייזר מיוצב.

 

- חיתוך אידוי: הקרן הממוקדת מחממת את פני החומר עד לנקודת הרתיחה שלו ויוצרת חור. החור מוביל לעלייה פתאומית בספיגות ומעמיק במהירות את החור. ככל שהחור מעמיק והחומר רותח, האדים שנוצרים שוחקים את הקירות המותכים ומפריחים חומר החוצה ומגדילים עוד יותר את החור. חומר שאינו נמס כמו עץ, פחמן ופלסטיק תרמו-סטם נחתכים בדרך כלל בשיטה זו.

 

- חיתוך נמס וחיתוך: אנו משתמשים בגז בלחץ גבוה כדי לנשוף חומר מותך מאזור החיתוך, תוך הפחתת ההספק הנדרש. החומר מחומם עד לנקודת ההיתוך שלו ואז סילון גז נושף את החומר המותך החוצה מהגרעין. זה מבטל את הצורך להעלות את הטמפרטורה של החומר עוד יותר. אנו חותכים מתכות בטכניקה זו.

 

- פיצוח מתח תרמי: חומרים שבירים רגישים לשבר תרמי. קרן ממוקדת על פני השטח וגורמת לחימום מקומי והתפשטות תרמית. כתוצאה מכך נוצר סדק שניתן להנחות אותו על ידי הזזת הקורה. אנו משתמשים בטכניקה זו בחיתוך זכוכית.

 

- חיתוך קוביות של פרוסות סיליקון: ההפרדה של שבבים מיקרו-אלקטרוניים מפרוסות סיליקון מתבצעת על ידי תהליך חיתוך קוביות חמקמקות, באמצעות לייזר Nd:YAG פולס, אורך הגל של 1064 ננומטר מאומץ היטב לפער הרצועה האלקטרונית של סיליקון (1.11 eV או 1117 ננומטר). זה פופולרי בייצור התקן מוליכים למחצה.

 

- חיתוך תגובתי: נקרא גם חיתוך להבה, טכניקה זו יכולה להידמות לחיתוך לפיד חמצן אך עם קרן לייזר כמקור ההצתה. אנו משתמשים בזה לחיתוך פלדת פחמן בעוביים מעל 1 מ"מ ואפילו לוחות פלדה עבים מאוד עם כוח לייזר קטן.

 

 

 

PULSED LASERS  מספקים לנו פרץ אנרגיה בעוצמה גבוהה לתקופה קצרה והם יעילים מאוד בחלק מתהליכי חיתוך לייזר, כגון פירסינג, או כאשר נדרשים חורים קטנים מאוד או מהירויות חיתוך נמוכות מאוד. אם במקום זאת נעשה שימוש בקרן לייזר קבועה, החום יכול להגיע לנקודת המסת כל היצירה המעובדת. ללייזרים שלנו יש את היכולת לפעום או לחתוך CW (גל מתמשך) תחת בקרת תוכנית NC (בקרה מספרית). אנו משתמשים DOUBLE PULSE LASERS פולטת סדרה של זוגות דופק כדי לשפר את קצב הסרת החורים וקצב הסרת החומר. הפעימה הראשונה מסירה חומר מהמשטח והפעימה השנייה מונעת מהחומר שנפלט להיצמד לדופן החור או לחתוך.

 

 

 

סובלנות וגימור פני השטח בחיתוך ועיבוד לייזר יוצאים מן הכלל. חותכי הלייזר המודרניים שלנו הם בעלי דיוק מיקום בסביבה של 10 מיקרומטר וחזרות של 5 מיקרומטר. החספוסים הסטנדרטיים Rz גדלים עם עובי הגיליון, אך יורדים עם כוח הלייזר ומהירות החיתוך. תהליכי החיתוך והעיבוד בלייזר מסוגלים להשיג סובלנות קרובה, לרוב בטווח של 0.001 אינץ' (0.025 מ"מ) גיאומטריית חלקים והתכונות המכניות של המכונות שלנו מותאמות להשגת יכולות סובלנות מיטביות. גימורי פני השטח שאנו יכולים להשיג מחיתוך קרן לייזר עשויים לנוע בין 0.003 מ"מ ל-0.006 מ"מ. בדרך כלל אנו משיגים בקלות חורים בקוטר 0.025 מ"מ, וחורים קטנים עד 0.005 מ"מ ויחסי עומק לקוטר של 50 עד 1 יוצרו בחומרים שונים. חותכי הלייזר הפשוטים והסטנדרטיים ביותר שלנו יחתכו מתכת פלדת פחמן בעובי של 0.020-0.5 אינץ' (0.51-13 מ"מ) ויכולים בקלות להיות מהירים עד פי שלושים מניסור רגיל.

 

 

 

עיבוד קרן לייזר נמצא בשימוש נרחב לקידוח וחיתוך של מתכות, לא מתכות וחומרים מרוכבים. היתרונות של חיתוך בלייזר על פני חיתוך מכני כוללים אחיזת עבודה קלה יותר, ניקיון וזיהום מופחת של חומר העבודה (שכן אין קצה חיתוך כמו בכרסום או חריטה מסורתיים שעלולים להזדהם בחומר או לזהם את החומר, כלומר הצטברות אדמה). האופי השוחק של חומרים מרוכבים עשוי להקשות על עיבודם בשיטות קונבנציונליות אך קל בעיבוד לייזר. מכיוון שקרן הלייזר אינה נשחקת במהלך התהליך, ייתכן שהדיוק המתקבל יהיה טוב יותר. מכיוון שלמערכות לייזר יש אזור קטן מושפע חום, יש גם סיכוי נמוך יותר לעיוות החומר הנחתך. עבור חומרים מסוימים חיתוך לייזר יכול להיות האפשרות היחידה. תהליכי חיתוך קרן לייזר הם גמישים, ואספקת קרן סיבים אופטיים, קיבוע פשוט, זמני התקנה קצרים, זמינות של מערכות CNC תלת מימדיות מאפשרים לחיתוך ועיבוד לייזר להתחרות בהצלחה בתהליכי ייצור מתכת מתכת אחרים כגון ניקוב. עם זאת, ניתן לפעמים לשלב את טכנולוגיית הלייזר עם טכנולוגיות הייצור המכני לשיפור היעילות הכוללת.

 

 

 

לחיתוך לייזר של מתכות גיליון יש את היתרונות על פני חיתוך פלזמה של להיות מדויק יותר ושימוש בפחות אנרגיה, עם זאת, רוב הלייזרים התעשייתיים לא יכולים לחתוך את עובי המתכת הגדול יותר שהפלזמה יכולה. לייזרים הפועלים בהספקים גבוהים יותר כמו 6000 וואט מתקרבים למכונות פלזמה ביכולתם לחתוך חומרים עבים. עם זאת, עלות ההון של חותכי הלייזר האלה של 6000 וואט היא הרבה יותר גבוהה מזו של מכונות חיתוך פלזמה המסוגלות לחתוך חומרים עבים כמו לוח פלדה.

 

 

 

ישנם גם חסרונות של חיתוך ועיבוד בלייזר. חיתוך בלייזר כרוך בצריכת חשמל גבוהה. יעילות לייזר תעשייתית עשויה לנוע בין 5% ל-15%. צריכת החשמל והיעילות של כל לייזר מסוים ישתנו בהתאם להספק המוצא ופרמטרי הפעולה. זה יהיה תלוי בסוג הלייזר ובמידת ההתאמה של הלייזר לעבודה בהישג יד. כמות כוח חיתוך הלייזר הנדרשת למשימה מסוימת תלויה בסוג החומר, בעובי, בתהליך (תגובתי/אינרטי) בשימוש ובקצב החיתוך הרצוי. קצב הייצור המרבי בחיתוך ועיבוד בלייזר מוגבל על ידי מספר גורמים כולל כוח לייזר, סוג התהליך (בין אם תגובתי או אינרטי), תכונות החומר ועובי.

 

 

 

In LASER ABLATION אנו מסירים חומר ממשטח מוצק על ידי הקרנתו בקרן לייזר. בשטף לייזר נמוך, החומר מחומם על ידי אנרגיית הלייזר הנספגת ומתאדה או סובלימץ. בשטף לייזר גבוה, החומר הופך בדרך כלל לפלזמה. לייזרים בהספק גבוה מנקים נקודה גדולה בפולס בודד. לייזרים בהספק נמוך יותר משתמשים בפולסים קטנים רבים אשר עשויים להיסרק על פני אזור. באבלציה בלייזר אנו מסירים חומר בלייזר דופק או בקרן לייזר גל מתמשכת אם עוצמת הלייזר גבוהה מספיק. לייזרים מכוונים יכולים לקדוח חורים קטנים ועמוקים דרך חומרים קשים מאוד. פעימות לייזר קצרות מאוד מסירות חומר כל כך מהר שהחומר שמסביב סופג מעט מאוד חום, לכן ניתן לבצע קידוח בלייזר על חומרים עדינים או רגישים לחום. אנרגיית לייזר יכולה להיספג באופן סלקטיבי על ידי ציפויים, לכן ניתן להשתמש בלייזרים פולסים CO2 ו-Nd:YAG לניקוי משטחים, הסרת צבע וציפוי, או הכנת משטחים לצביעה מבלי לפגוע במשטח הבסיסי.

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object. שתי הטכניקות הללו הן למעשה היישומים הנפוצים ביותר. אין שימוש בדיו, וגם לא כרוך בפיסות כלים המגעות עם פני השטח החרוטים ומתבלות, כפי שקורה בשיטות חריטה וסימון מכניות מסורתיות. חומרים שתוכננו במיוחד עבור חריטה וסימון בלייזר כוללים פולימרים רגישים ללייזר וסגסוגות מתכת חדשות מיוחדות. למרות שציוד סימון וחריטה בלייזר יקר יותר יחסית לאלטרנטיבות כמו אגרוף, סיכות, סטיילי, חותמות תחריט וכו', הם הפכו פופולריים יותר בשל הדיוק, יכולת השחזור, הגמישות, קלות האוטומציה והיישום המקוון שלהם. במגוון רחב של סביבות ייצור.

 

 

 

לבסוף, אנו משתמשים בקרני לייזר עבור מספר פעולות ייצור אחרות:

 

- LASER WELDING

 

- LASER HEAT TREATING: טיפול בחום בקנה מידה קטן של מתכות וקרמיקה כדי לשנות את התכונות המכניות והטריבולוגיות של פני השטח שלהם.

 

- LASER טיפול/שינוי פני שטח: לייזרים משמשים לניקוי משטחים, הכנסת קבוצות פונקציונליות, שינוי משטחים במאמץ לשפר את ההידבקות לפני שקיעת ציפוי או תהליכי חיבור.