激光打孔主要應(yīng)用在航空航天、汽車制造、電子儀表、化工等行業(yè)。激光打孔的迅速發(fā)展，主要體現(xiàn)在打孔用YAG激光器的平均輸出功率已由5年前的400w提高到了800w至1000w。國內(nèi)目前比較成熟的激光打孔的應(yīng)用是在人造金剛石和天然金剛石拉絲模的生產(chǎn)及鐘表和儀表的寶石軸承、飛機(jī)葉片、多層印刷線路板等行業(yè)的生產(chǎn)中。 {jOzap|
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目前使用的激光器多以YAG激光器、CO2激光器為主，也有一些準(zhǔn)分子激光器、同位素激光器和半導(dǎo)體泵浦激光器。 M!Z*QY."P
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激光束打孔機(jī)一般由固體激光器、電氣系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)和三坐標(biāo)移動工作臺等四大部分組成。 cX %:
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1、固體激光器工作原理 1mHwYT+
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當(dāng)激光工作物質(zhì)釔鋁石榴石受到光泵(激勵脈沖氙燈)的激發(fā)后，吸收具有特定波長的光，在一定條件下可導(dǎo)致工作物質(zhì)中的亞穩(wěn)態(tài)粒子數(shù)大于低能級粒子數(shù)，這種現(xiàn)象稱為粒子數(shù)反轉(zhuǎn)。一旦有少量激發(fā)粒子產(chǎn)生受激輻射躍遷，就會造成光放大，再通過諧振腔內(nèi)的全反射鏡和部分反射鏡的反饋作用產(chǎn)生振蕩，最后由諧振腔的一端輸出激光。激光通過透鏡聚焦形成高能光束照射在工件表面上，即可進(jìn)行加工。 j-J(C[[9
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2、電氣系統(tǒng)包括對激光器供給能量的電源和控制激光輸出方式(脈沖式或連續(xù)式等)的控制系統(tǒng)。在后者中有時還包括根據(jù)加工要求驅(qū)動工作臺的自動控制裝置。 EkJVFHfh
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3、光學(xué)系統(tǒng)的功能是將激光束精確地聚焦到工件的加工部位上。為此，它至少含有激光聚焦裝置和觀察瞄準(zhǔn)裝置兩個部分。 sULIrYRA
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4、投影系統(tǒng)用來顯示工件背面情況，在比較完善的激光束打孔機(jī)中配備。 ih>a~U<
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5、工作臺由人工控制或采用數(shù)控裝置控制，在三坐標(biāo)方向移動，方便又準(zhǔn)確地調(diào)整工件位置。工作臺上加工區(qū)的臺面用玻璃制成，因為不透光的金屬臺面會給檢測帶來不便，而且臺面會在工件被打穿后遭受破壞。工作臺上方的聚焦物鏡下設(shè)有吸、吹氣裝置，以保持工作表面和聚焦物鏡的清潔。 _1>SG2h{fV
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激光打微孔簡述 v:r D3=M-
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在元件上開個小孔是件很常見的事。但是，如果要求在堅硬的材料上，比如在硬質(zhì)合金上打大量0.1毫米到幾微米直徑的小孔，用普通的機(jī)械加工工具怕是不容易辦到，即使能夠做，加工成本也會很高�，F(xiàn)有的機(jī)械加工技術(shù)在材料上打微型小孔是采用每分鐘數(shù)萬轉(zhuǎn)或者幾十萬轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)小鉆頭加工的，用這個辦法一般也只能加工孔徑大于0.25毫米的小孔。在今天的工業(yè)生產(chǎn)中往往是要求加工直徑比這還小的孔。比如在電子工業(yè)生產(chǎn)中，多層印刷電路板的生產(chǎn)，就要求在板上鉆成千上萬個直徑約為0.1～0.3毫米的小孔。顯然，采用剛才說的鉆頭來加工，遇到的困難就比較大，加工質(zhì)量不容易保證，加工成本不低。早在本世紀(jì)60年代后，科學(xué)家在實驗室就用激光在鋼質(zhì)刀片上打出微小孔，經(jīng)過近30年的改進(jìn)和發(fā)展，如今用激光在材料上打微小直徑的小孔已無困難，而且加工質(zhì)量好。打出的小孔孔壁規(guī)整，沒有什么毛刺。打孔速度又很快，大約千分之一秒的時間就可以打出一個孔。
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激光在材料上鉆出小孔的道理很簡單（激光鉆孔），做法也不復(fù)雜。激光有很好的相干性，用光學(xué)系統(tǒng)可以把它聚焦成直徑很微小的光點（小于1微米），這相當(dāng)于用來鉆孔的“微型鉆頭”。其次，激光的亮度很高，在聚焦的焦點上的激光能量密度（平均每平方厘米面積上的能量）會很高，普通一臺激光器輸出的激光，產(chǎn)生的能量就可以高達(dá)109焦耳／厘米2，足可以讓材料發(fā)生熔化并汽化，在材料上留下一個小孔，和用鉆頭鉆出來的一個樣。 (n=9c%w
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怎樣用好激光“鉆頭”，激光科學(xué)工作者也做了許多研究工作。他們發(fā)現(xiàn)，用每秒發(fā)射許多個光脈沖（通常叫高重復(fù)率激光脈沖）做“鉆頭”，打出來的小孔質(zhì)量比用單個光脈沖，或每秒時間內(nèi)少數(shù)幾個光脈沖打出來的孔好。道理大概是這樣：在用每秒一個光脈沖或少數(shù)幾個脈沖打孔時，對每個光脈沖的激光能量要求比較高，讓材料能被加熱至熔化才能打出孔。但是，融熔了的材料沒有辦法充分汽化，卻把在它附近的材料加熱和使它們汽化，結(jié)果，被打出來的小孔在形狀大小上就不那么規(guī)整。如果使用的是高重復(fù)率激光器輸出的光脈沖，這時每個光脈沖平均的能量并不很高，但由于光脈沖的寬度窄，功率水平卻不低。于是每個激光脈沖在材料上形成的融熔體不多，主要是發(fā)生汽化。由于使小孔附近的材料加熱時融熔體很少，因而也就不出現(xiàn)在用單脈沖打孔時出現(xiàn)的事。打出的小孔形狀和大小就規(guī)整得多了。 fy&#M3UA\U
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要使打出的小孔質(zhì)量高，還需要注意激光焦點位置的選擇。選擇焦點位置的原則大致是這樣：對于比較厚的材料，激光束焦點位置應(yīng)位于工件的內(nèi)部，如果材料比較薄，激光束焦點需放在工件表面的上方。這樣的安排會讓打出來的小孔上下大小基本上一致，不出現(xiàn)“桶狀”的小孔。 ;>NP.pnA)
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用激光在材料上鉆孔，鉆出的小孔質(zhì)量不僅非常好，特別是在打大量同樣的小孔時，還能保證多個小孔的尺寸形狀統(tǒng)一，而且鉆孔速度快，生產(chǎn)效率高。所以，除在電子工業(yè)生產(chǎn)中用激光打孔外，其他許多工業(yè)生產(chǎn)部門都在采用，比如普通香煙過濾嘴上的小孔、噴霧器閥門上的小孔，也在采用激光加工。
