激光加工与切割与LBM

LASER CUTTING is a HIGH-ENERGY-BEAM MANUFACTURING 技术通常用于制造工业应用的激光切割技术。在 LASER BEAM MACHINING (LBM)中，激光源将光能聚焦在工件表面。激光切割通过计算机将高功率激光的高度聚焦和高密度输出引导到要切割的材料上。然后，目标材料要么熔化、燃烧、蒸发掉，要么被气体射流吹走，以受控方式留下具有高质量表面光洁度的边缘。我们的工业激光切割机适用于切割平板材料以及结构和管道材料、金属和非金属工件。在激光束加工和切割过程中通常不需要真空。有几种类型的激光器用于激光切割和制造。脉冲或连续波 CO2 LASER 适用于切割、钻孔和雕刻。 The NEODYMIUM (Nd) and neodymium yttrium-aluminum-garnet (Nd-YAG) LASERS are identical在风格上，仅在应用上有所不同。钕钕用于钻孔和需要高能量但低重复的地方。另一方面，Nd-YAG 激光器用于需要非常高功率的地方以及用于钻孔和雕刻。 CO2 和 Nd/Nd-YAG 激光器均可用于 LASER WELDING。我们在制造中使用的其他激光器包括 Nd:GLASS、RUBY 和 EXCIMER。在激光束加工 (LBM) 中，以下参数很重要： 工件表面的反射率和热导率及其熔化和蒸发的比热和潜热。激光束加工 (LBM) 工艺的效率随着这些参数的减少而增加。切削深度可表示为：

 

t ~ P / (vxd)

 

这意味着，切割深度“t”与输入功率 P 成正比，与切割速度 v 和激光束光斑直径 d 成反比。用LBM生产的表面通常是粗糙的，并且有一个热影响区。

 

 

 

二氧化碳 (CO2) 激光切割和加工：直流激发的 CO2 激光器通过将电流通过气体混合物来泵浦，而 RF 激发的 CO2 激光器使用射频能量进行激发。 RF 方法相对较新，并且已变得更流行。 DC 设计需要在腔内有电极，因此它们可能会在光学元件上产生电极腐蚀和电极材料镀层。相反，RF 谐振器具有外部电极，因此不易出现这些问题。我们将 CO2 激光器用于低碳钢、铝、不锈钢、钛和塑料等多种材料的工业切割。

 

 

 

YAG 激光切割 and MACHINING：我们使用 YAG 激光切割和划线金属和陶瓷。激光发生器和外部光学器件需要冷却。废热由冷却剂产生并转移到空气中。水是一种常见的冷却剂，通常通过冷却器或传热系统循环。

 

 

 

准分子激光切割和加工：准分子激光是一种波长在紫外区的激光。确切的波长取决于所使用的分子。例如，以下波长与括号中所示的分子相关：193 nm (ArF)、248 nm (KrF)、308 nm (XeCl)、353 nm (XeF)。一些准分子激光器是可调谐的。准分子激光器具有吸引人的特性，它们可以去除非常精细的表面材料层，几乎不需要加热或改变材料的其余部分。因此，准分子激光器非常适合有机材料（例如某些聚合物和塑料）的精密微加工。

 

 

 

气体辅助激光切割：有时我们将激光束与气流（如氧气、氮气或氩气）结合使用来切割薄板材料。这是使用 a LASER-BEAM TORCH 完成的。对于不锈钢和铝，我们使用氮气进行高压惰性气体辅助激光切割。这导致无氧化物边缘以提高可焊性。这些气流还从工件表面吹走熔化和蒸发的材料。

 

 

 

在 a LASER MICROJET CUTTING 中，我们有一个水射流引导激光器，其中脉冲激光束耦合到低压水射流中。我们使用它进行激光切割，同时使用水射流引导激光束，类似于光纤。激光微射流的优点是水还可以去除碎屑并冷却材料，它比传统的“干式”激光切割速度更快，具有更高的切割速度、平行切口和全方位切割能力。

 

 

 

我们采用不同的激光切割方法。一些方法是汽化、熔喷、熔喷和燃烧、热应力开裂、划线、冷切割和燃烧、稳定激光切割。

 

- 汽化切割：聚焦光束将材料表面加热到沸点并形成一个孔。该孔导致吸收率突然增加并迅速加深该孔。随着孔的加深和材料的沸腾，产生的蒸汽会侵蚀熔化的壁，将材料吹出并进一步扩大孔。非熔化材料如木材、碳和热固性塑料通常用这种方法切割。

 

- 熔吹切割：我们使用高压气体从切割区域吹出熔化的材料，减少所需的功率。材料被加热到其熔点，然后气体射流将熔融材料吹出切口。这消除了进一步提高材料温度的需要。我们用这种技术切割金属。

 

- 热应力开裂：脆性材料对热断裂很敏感。光束聚焦在表面上，导致局部加热和热膨胀。这会导致裂缝，然后可以通过移动梁来引导裂缝。我们在玻璃切割中使用这种技术。

 

- 硅片隐形切割：微电子芯片与硅片的分离是通过隐形切割工艺进行的，使用脉冲 Nd:YAG 激光器，1064 nm 的波长很好地适应了硅的电子带隙（1.11 eV 或1117 纳米）。这在半导体器件制造中很流行。

 

- 反应切割：也称为火焰切割，这种技术类似于氧气炬切割，但使用激光束作为点火源。我们用它来切割厚度超过 1 毫米的碳钢，甚至是非常厚的钢板，激光功率很小。

 

 

 

PULSED LASERS 在短时间内为我们提供高功率的能量爆发，并且在某些激光切割过程中非常有效，例如穿孔，或者当需要非常小的孔或非常低的切割速度时。如果改为使用恒定的激光束，热量可能会达到熔化整个被加工部件的程度。我们的激光器能够在 NC（数控）程序控制下脉冲或切割 CW（连续波）。我们使用 DOUBLE PULSE LASERS 发射一系列脉冲对来提高材料去除率和孔质量。第一个脉冲从表面去除材料，第二个脉冲防止弹出的材料重新粘附到孔的侧面或切割。

 

 

 

激光切割和加工中的公差和表面光洁度非常出色。我们的现代激光切割机具有 10 微米左右的定位精度和 5 微米的重复精度。标准粗糙度 Rz 随着板材厚度的增加而增加，但随着激光功率和切割速度的增加而降低。激光切割和加工工艺能够实现紧密的公差，通常在 0.001 英寸（0.025 毫米）以内 零件几何形状和我们机器的机械特性经过优化，以实现最佳公差能力。我们可以通过激光束切割获得的表面光洁度可能在 0.003 毫米到 0.006 毫米之间。通常我们很容易实现直径为 0.025 毫米的孔，并且已经在各种材料中生产了小至 0.005 毫米和 50 比 1 的孔深直径比的孔。我们最简单和最标准的激光切割机可以切割厚度为 0.020–0.5 英寸（0.51–13 毫米）的碳钢金属，并且可以轻松地比标准锯切快 30 倍。

 

 

 

激光束加工广泛用于金属、非金属和复合材料的钻孔和切割。与机械切割相比，激光切割的优势包括更容易夹持、清洁和减少工件污染（因为没有像传统铣削或车削中那样可能被材料污染或污染材料的切削刃，即气泡堆积）。复合材料的磨蚀性质可能使其难以通过传统方法加工，但通过激光加工很容易。由于激光束在加工过程中不会磨损，因此获得的精度可能会更好。由于激光系统的热影响区较小，因此被切割材料翘曲的可能性也较小。对于某些材料，激光切割可能是唯一的选择。激光束切割工艺是灵活的，光纤光束传输、简单的夹具、短的设置时间、三维数控系统的可用性使激光切割和加工能够成功地与其他钣金制造工艺（如冲压）竞争。话虽如此，激光技术有时可以与机械制造技术相结合，以提高整体效率。

 

 

 

金属板的激光切割比等离子切割具有更精确和使用更少能量的优势，但是，大多数工业激光无法切割等离子可以切割的更大金属厚度。以更高功率（例如 6000 瓦）运行的激光器在切割厚材料方面的能力正在接近等离子机。然而，这些 6000 瓦激光切割机的资本成本远高于能够切割钢板等厚材料的等离子切割机。

 

 

 

激光切割和加工也有缺点。激光切割涉及高功耗。工业激光效率可能在 5% 到 15% 之间。任何特定激光器的功耗和效率将根据输出功率和操作参数而变化。这将取决于激光的类型以及激光与手头工作的匹配程度。特定任务所需的激光切割功率取决于材料类型、厚度、使用的工艺（反应/惰性）和所需的切割速度。激光切割和加工的最大生产率受到许多因素的限制，包括激光功率、工艺类型（反应性或惰性）、材料特性和厚度。

 

 

 

In LASER ABLATION we 通过用激光束照射固体表面来去除材料。在低激光通量下，材料被吸收的激光能量加热并蒸发或升华。在高激光通量下，材料通常转化为等离子体。高功率激光用单个脉冲清洁一个大光斑。较低功率的激光器使用许多小脉冲，这些脉冲可以在一个区域内扫描。在激光烧蚀中，如果激光强度足够高，我们会使用脉冲激光或连续波激光束去除材料。脉冲激光可以在非常坚硬的材料上钻出极小的深孔。非常短的激光脉冲可以如此快速地去除材料，以至于周围材料吸收的热量很少，因此可以在精密或热敏材料上进行激光钻孔。激光能量可以被涂层选择性地吸收，因此 CO2 和 Nd:YAG 脉冲激光可用于清洁表面、去除油漆和涂层，或准备用于涂漆的表面，而不会损坏底层表面。

 

 

 

We use LASER ENGRAVING and LASER MARKING to engrave or mark an object.这两种技术实际上是应用最广泛的应用。不使用墨水，也不涉及与雕刻表面接触并磨损的工具刀头，这是传统机械雕刻和标记方法的情况。专为激光雕刻和打标而设计的材料包括对激光敏感的聚合物和特殊的新型金属合金。虽然激光打标和雕刻设备与冲头、销钉、测针、蚀刻印章等替代品相比相对昂贵，但由于其准确性、可重复性、灵活性、易于自动化和在线应用，它们变得更受欢迎在各种各样的制造环境中。

 

 

 

最后，我们将激光束用于其他几个制造操作：

 

- 激光焊接

 

- LASER HEATING：金属和陶瓷的小规模热处理，以改变其表面机械和摩擦学性能。

 

- 激光表面处理/修改：激光用于清洁表面、引入官能团、修改表面，以在涂层沉积或连接工艺之前提高附着力。