激光加工玻璃、陶瓷和藍寶石解決方案

※發布時間:2018/5/20 0:27:39   ※發布作者:habao   ※出自何處: 

  玻璃,藍寶石和陶瓷是普遍應用于微加工技術和精細加工的材料。然而,它們給傳統的制造工藝帶來了越來越多的挑戰,這種挑戰也給強大的超短脈沖激光器贏得了更多機會。

  玻璃,藍寶石和陶瓷是普遍應用于微加工技術和精細加工的材料。然而,它們給傳統的制造工藝帶來了越來越多的挑戰,這種挑戰也給強大的超短脈沖激光器贏得了更多機會。

  這些材料優質的屬性對很多產品來說是不可或缺的:玻璃用來制作智能手機的顯示屏,顯示屏有著鋼化的外殼 ;陶瓷堅硬,化學性質穩定,可用來制作電子零部件和電基板,以及電氣絕緣體。藍寶石極其堅硬,耐劃傷,適合用于半導體和 LED 技術。但玻璃、 陶瓷、 和藍寶石有個共同點就是很難加工。由于它們易碎而且都常堅硬的材料,他們挑戰著銑、 鉆、 磨等傳統制造工藝的極限。加工這些材料時刀具磨損快,并且需要好幾個加工環節才能得到足夠好的加工質量。

  激光光束在堅硬、易碎的材料特別能展現出良好的效果。它們不會磨損且能聚焦到最小直徑。掃描振鏡能靈活定位光束,能幾乎滿足各種形狀輪廓的加工需要。超短脈沖激光器(圖1)特別適合加工易碎的材料。對于小于10皮秒的激光脈沖,在熱傳導到周邊的材料上之前,被加工區域的材料已經汽化了。只要激光參數精確調整到和應用相匹配,那么就不需返工。

  對可見光以及近紅外的光譜范圍內的光來說,很多像玻璃這樣的寬帶隙電介質是透光的。然而,高強度的皮秒脈沖能通過多光子電離產生電子。大量連續的電離進一步電荷載體,這些電荷載體能夠材料中的化學鍵,最終達到燒蝕材料的目的。

  當加工易碎材料時,避免產生小裂縫是經常要遇到的挑戰,這些小裂縫會削弱零部件的強度。產生裂縫的一個原因是過度的熱量進入了零部件。熱量導致材料膨脹,加快了裂縫的生成。適當的加工策略可以防止小裂紋的形成。這其中就包括精準定義加工參數,如脈沖能量、 脈沖重疊度、 重復頻率、 焦點直徑和激光加工次數。最佳工作點取決于材料、 加工形狀、加工時間和質量的要求,并通過試驗加以確認。位于南部Ditizingen的Trumpf公司和西部 Aachen的Fraunhofer激光技術研究所開展聯合研究,發展了優化激光加工脆性材料效果的理論基礎。

  不同標準可用來評估質量:零部件的彎曲強度(用來測量材料的斷裂強度,裂縫會使斷裂強度降低)、切割邊緣粗糙度以及邊緣視覺效果。切割邊緣的情況可以通過光學顯微鏡以及借助掃描電子顯微鏡來測量。(圖二)

  本文來源于ipfs

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