لیزر دقیق ماشینکاری فن آوری

فنیايرجntroduction

پردازش لیزر پیشرفته ترین فناوری پردازش است که عمدتاً از لیزر با کارایی بالا برای حکاکی و برش مواد استفاده می کند. تجهیزات اصلی شامل یک ماشین برش کامپیوتر و لیزر (حکاکی) است. فرایند استفاده از برش و کنده کاری لیزری بسیار ساده است، درست مانند استفاده از یک کامپیوتر و چاپگر برای چاپ بر روی کاغذ، و استفاده از انواع نرم افزارهای پردازش گرافیکی (CAD، circuitcam، CorelDRAW و غیره) برای طراحی گرافیک پس از آن، گرافیک به دستگاه برش لیزری (کنده کاری) منتقل می شود که به راحتی می تواند گرافیک را به سطح هر ماده ای قطع کند و لبه ها را با توجه به الزامات طراحی قطع کند.

از زمان اختراع لیزر یاقوت در آزمایشگاه های بل در سال ۱۹۶۰، لیزر به تدریج بر روی تجهیزات صوتی و بصری، اعم از، تجهیزات پزشکی، پردازش، و زمینه های دیگر اعمال شده است.

در زمینه پردازش لیزر، اگرچه قیمت فرستنده لیزر بسیار گران قیمت است (صدها هزار تا میلیون) اما به دلیل اینکه پردازش لیزر مزایایی دارد که پردازش سنتی نمی تواند با آن مطابقت داشته باشد، پردازش لیزر بیش از ۵۰٪ صنعت پردازش را در آمریکا، ایتالیا، آلمان و دیگر کشورها به خود گرفته است.

پرتو لیزر را می توان به اندازه بسیار کوچکی متمرکز کرد، بنابراین به ویژه برای ماشینکاری دقیق مناسب است. با توجه به اندازه مواد فرآوری شده و دقت مورد نیاز پردازش، تکنولوژی پردازش لیزر به سه سطح تقسیم می شود:

(1) فن آوری پردازش لیزر از مواد در مقیاس بزرگ، با صفحات ضخیم (چند میلی متر تا ده ها میلی متر) به عنوان جسم اصلی، دقت پردازش آن به طور کلی در سطح میلی متر یا زیر میلی متر است؛

(2) فن آوری پردازش لیزر دقیق طول می کشد صفحه نازک (0.1-1.0mm) به عنوان جسم پردازش اصلی، و دقت پردازش آن به طور کلی ده میکرون است؛

(3)فناوری ریز ماشینکاری لیزری با هدف انواع فیلم های نازک با ضخامت کمتر از ۱۰۰ میکرومتر به عنوان جسم پردازش اصلی، دقت پردازش آن به طور کلی کمتر از ۱۰ میکرومتر یا حتی زیر لایه μمحمد.

در صنعت مکانیک، دقت معمولاً به زبری سطح کوچک و محدوده کوچک تحمل های مختلف (از جمله موقعیت، شکل، اندازه و غیره) اشاره دارد. «دقت» در اینجا به شکاف کوچک در منطقه فرآوری شده اشاره دارد، به این که بگوییم اندازه حدی که با پردازش می توان به آن دست پیدا کرد، کوچک است.

در سه نوع فوق پردازش لیزر، تکنولوژی پردازش لیزر قطعات در مقیاس بزرگ به طور فزاینده ای بالغ شده است، و درجه صنعتی شدن بسیار بالا بوده است؛ فناوری ریز پردازش لیزری مانند ریز تنظیم لیزری، اتش دقیق لیزری، فناوری نوشتن مستقیم لیزر نیز به طور گسترده ای در این صنعت مورد استفاده قرار گرفته است.

ماشینکاری دقیق لیزر دارای ویژگی های قابل توجه زیر است:

(1) طیف گسترده: ماشینکاری دقیق لیزر دارای طیف گسترده ای از اشیاء، از جمله تقریبا تمام مواد فلزی و غیر فلزی؛ مناسب برای sintering، حفاری، علامت گذاری، برش، ولدینگ، اصلاح سطح، و رسوب بخار شیمیایی از مواد.

ماشین کاری الکتروشیمیایی تنها می تواند مواد هدایت کننده را پردازش کند، ماشین کاری فتوشیمیایی تنها برای مواد خورنده قابل استفاده است، ماشین کاری پلاسما پردازش برخی مواد با نقطه ذوب بالا دشوار است.

(2) دقیق و دقیق: پرتو لیزر را می توان به اندازه بسیار کوچک متمرکز, بنابراین آن را به خصوص مناسب برای ماشین کاری دقیق. به طور کلی ماشینکاری دقیق لیزری به دلیل چند عامل تأثیرگذار و دقت ماشینکاری بالا از دیگر روش های ماشینکاری سنتی برتر است.

(3)سرعت بالا و سرعت بالا: از دید چرخه ماشینکاری، الکترود ابزار EDM نیاز به دقت بالا، از دست دادن بزرگ، و چرخه ماشینکاری طولانی دارد؛ ماشینکاری الکتروشیمیایی کاواک و حجم کار طراحی قالب کاتد سطحی بزرگ است و چرخه ساخت طولانی است؛ فرایند ماشینکاری فتوشیمیایی پیچیده است؛ عملیات ماشینکاری دقیق لیزر ساده است و کنترل پهنای شکاف آسان است که می تواند خروجی بلافاصله با توجه به طراحی کامپیوتر حکاکی با سرعت بالا، برش و پردازش سریع است، و چرخه پردازش کوتاه تر از روش های دیگر است.

(4) ایمن و قابل اعتماد: ماشینکاری دقیق لیزر متعلق به ماشینکاری غیر تماسی است، که باعث اکستروژن مکانیکی و یا استرس مکانیکی بر روی مواد نخواهد شد؛ در مقایسه با EDM و ماشین کاری قوس پلاسما، منطقه تحت تاثیر گرما و تغییر شکل آن بسیار کوچک است، بنابراین می تواند بخش های بسیار کوچکی را پردازش کند.

(3)هزینه کم: با تعداد پردازش محدود نمی شود، برای خدمات پردازش دسته ای کوچک، پردازش لیزر ارزان تر است. برای پردازش محصولات بزرگ، هزینه ساخت قالب محصولات بزرگ بسیار بالا است، پردازش لیزر نیاز به هیچ گونه ساخت قالب ندارد، و پردازش لیزر می تواند به طور کامل از فروپاشی مواد در طول پانچ و برشی اجتناب کند، که می تواند هزینه تولید بنگاه ها را تا حد زیادی کاهش دهد و کیفیت محصولات را بهبود بخشد.

(6) درز برش کوچک است: درز برش برش لیزر به طور کلی 0.1-0.2mm است.

(7) صاف برش سطح : سطح برش لیزر است آزاد از burrs.

(۸) تغییر شکل حرارتی کوچک: درز برش لیزری پردازش لیزر نازک، سریع و انرژی متمرکز است، بنابراین گرمای منتقل شده به ماده برای بریدن کوچک است و در نتیجه تغییر شکل بسیار کوچکی از ماده به وجود می آمد.

(9) صرفه جویی در مواد : پردازش لیزر با برنامه نویسی کامپیوتر ، می تواند اشکال مختلف از محصولات برای تودرتو مواد ، حداکثر بهره برداری از مواد ، تا حد زیادی کاهش هزینه های مواد سازمانی.

(10)برای توسعه محصولات جدید بسیار مناسب است: هنگامی که نقاشی های محصول تشکیل شد، پردازش لیزر می تواند بلافاصله انجام شود، و شما می توانید محصولات جدید را در کوتاه ترین زمان دریافت کنید.

به طور کلی، تکنولوژی ماشین کاری دقیق لیزر مزایای زیادی نسبت به روش های ماشین کاری سنتی دارد، و چشم انداز کاربرد آن بسیار گسترده است.

به طور کلی لیزرهای مورد استفاده برای ماشینکاری دقیق شامل: لیزر CO2، لیزر YAG، لیزر بخار مسی، لیزر اکسیمر، و لیزر CO هستند.

در میان آنها، لیزر CO2 با قدرت بالا و لیزر YAG با قدرت بالا به طور گسترده ای در تکنولوژی پردازش لیزر در مقیاس بزرگ استفاده می شود؛ لیزر بخار مس و لیزر اکسیمر به طور گسترده ای در تکنولوژی ریز پردازش لیزر استفاده می شود; لیزر متوسط و کم توان YAG عموماً در پردازش دقیق استفاده می شود.

مشترکعليpplications

(1)حفاری دقیق لیزر

با توسعه فناوری، روش های حفاری سنتی نمی توانند در بسیاری از مواقع نیازها را برآورده کنند. به عنوان مثال، پردازش سوراخ های کوچک با قطر ده ها میکرون بر روی آلیاژ کاربید تنگستن سخت، و سوراخ های عمیق با قطر صدها میکرون بر روی قرمز سخت و شکننده و یاقوت کبود با روش های ماشین کاری معمولی غیرممکن است.

چگالی توان لحظه ای پرتو لیزر به اندازه ۱۰۸ وات / سانتی متر مربع است. ماده را می توان در زمان کوتاهی تا نقطه ذوب یا نقطه جوش گرم کرد و مواد فوق را می توان سوراخ کرد. در مقایسه با پرتو الکترون، الکترولیز، جرقه الکتریکی، و حفاری مکانیکی، حفاری لیزر دارای مزایای کیفیت خوب، دقت تکرار بالا، جهانی بودن بالا، کارایی بالا، هزینه کم، و مزایای فنی و اقتصادی جامع قابل توجه است. کشورهای خارجی در حفاری دقیق لیزر به سطح بسیار بالایی رسیده اند.

یک شرکت سوئیسی از لیزر حالت جامد برای حفاری سوراخ هایی در تیغه های توربین هواپیما استفاده می کند. می تواند میکروپورها را با قطرهای بین ۲۰ میکرومتر تا ۸۰ μ متر پردازش کند و نسبت قطر به عمق می تواند به ۱:۸۰ برسد. همچنین می توان از پرتو لیزر برای پردازش انواع مختلف سوراخ های میکرو شکل بر روی مواد شکننده مانند سرامیک ها مانند سوراخ های کور، سوراخ های مربعی و غیره استفاده کرد که با ماشینکاری معمولی نمی توان به آن دست یافت.

(2)برش دقیق لیزر

در مقایسه با روش برش سنتی، برش دقیق لیزر مزایای زیادی دارد. به عنوان مثال می تواند برش باریکی را قطع کند، تقریباً باقی مانده برش وجود ندارد، منطقه آسیب دیده از گرما کوچک است، نویز برش کوچک است و می تواند ۱۵٪ - ۳۰٪ مواد را نجات دهد.

از آنجا که لیزر به سختی می تواند تکانه مکانیکی و فشار بر روی مواد در حال برش تولید, آن را مناسب برای برش شیشه, سرامیک, نیمه هادی ها, و دیگر مواد سخت و شکننده. علاوه بر این، لکه لیزر کوچک و شکاف باریک است، بنابراین به ویژه برای انواع برش دقیق قطعات کوچک مناسب است. یک شرکت سوئیسی از لیزر حالت جامد برای برش دقیق استفاده می کند و دقت بعدی آن به سطح بسیار بالایی رسیده است.

یک کاربرد معمولی از برش دقیق لیزر برش استنسیل SMT در بردهای مدار چاپی است. روش پردازش سنتی قالب SMT اچ شیمیایی است. نقطه ضعف کشنده آن این است که اندازه حد پردازش نباید کمتر از ضخامت صفحه باشد، و فرایند حک شیمیایی پیچیده است، چرخه پردازش طولانی است، و محیط خورنده محیط را آلوده می کند.

با استفاده از پردازش لیزر، نه تنها می تواند بر این کاستی ها غلبه کند، بلکه می تواند قالب تمام شده را دوباره پردازش کند، به خصوص دقت پردازش و چگالی شکاف بدیهی است که بهتر از سابق است و هزینه تولید نیز کمی پایین تر از سابق از اوایل به مراتب بالاتر از اچ شیمیایی است. با این حال، با توجه به محتوای فنی بالا و قیمت بالای کل مجموعه تجهیزات برای پردازش لیزر، تنها چند شرکت در ایالات متحده، ژاپن، آلمان، و دیگر کشورها می توانند کل ماشین را تولید کنند.

(3)لیزر دقیق ولدینگ

منطقه آسیب دیده از گرمای لیزر بسیار باریک است و قالب کوچک است، به خصوص می تواند مواد نقطه ذوب بالا و فلزات غیر مشابه را به هم ذوب کند و نیازی به اضافه کردن مواد ندارد. در کشورهای خارجی لیزر YAG حالت جامد برای welding درز و نقطه در سطح بالا استفاده شده است. علاوه بر این، لیزر ولدینگ خط خروجی مدار چاپی نیاز به استفاده از شار ندارد و می تواند شوک حرارتی را کاهش دهد و تأثیری بر هسته مدار ندارد و به این ترتیب کیفیت هسته مدار مجتمع را تضمین می کند.

پس از بیش از 20 سال تلاش، در لیزر دقیق ماشین کاری فن آوری و مجموعه ای کامل از تجهیزات ، اگر چه چین شده است در لیزر نقطه ولدینگ ، ولدینگ درز ، هوا تنگ و نشانه گذاری لیزر سرامیکی و قطعات فلزی میکرو و کوچک اعمال شده است ، اما در لیزر دقیق ماشین کاری فن آوری ، میکروالکترونیک مدار قالب برش دقیق و اچ فن آوری ، سرامیک با محتوای فن آوری بالا و بازار نرم افزار گسترده ماشین کاری دقیق لیزر از طریق سوراخ ، سوراخ کور، سوراخ غیر طبیعی و شیار در اندازه های مختلف بر روی چینی و تخته مدار چاپ شده هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است، و هیچ نمونه اولیه صنعتی مربوطه وجود دارد.

در سال های اخیر چند شرکت بزرگ خارجی بازار بالقوه عظیمی را در صنعت پردازش دقیق لیزر در چین دیده اند و شروع به راه اندازی شعبه در چین کرده اند. با این حال، هزینه بالای پردازش هزینه محصولات را افزایش می دهد، و بسیاری از بنگاه ها هنوز بازدارندگی می کنند.

روند توسعه

لیزر با کیفیت بالا، کارایی بالا، پایداری، قابلیت اطمینان، و هزینه کم، پیش فرض محبوبیت و کاربرد ماشینکاری دقیق است. یکی از روندهای توسعه ماشینکاری دقیق لیزری، کوچک سازی سیستم ماشینکاری است. در سال های اخیر توسعه لیزر پمپ دیود بسیار سریع است. این یک سری از مزایای, مانند بهره وری تبدیل بالا, ثبات خوب, کیفیت پرتو خوب, اندازه کوچک, و مانند آن. این احتمال وجود دارد که به لیزر اصلی برای نسل بعدی ماشینکاری دقیق لیزر تبدیل شود.

ادغام سیستم ماشینکاری یکی دیگر از روندهای مهم ماشینکاری دقیق لیزر است. این یک روند اجتناب ناپذیر برای توسعه ماشین کاری دقیق لیزر به سیستم سازی و کامل لیزر دقیق فرایند ماشین کاری مواد مختلف، توسعه نرم افزار کنترل ویژه با رابط کاربری دوستانه و مناسب برای ماشین کاری دقیق لیزر، و مکمل آن را با یک پایگاه داده فرایند مربوطه، ترکیب کنترل، فرایند و لیزر برای تحقق بخشیدن به ادغام پردازش نوری، مکانیکی، الکتریکی و مواد است.

اگرچه شکاف بزرگی بین چین و کشورهای خارجی در فناوری و تجهیزات پردازش لیزر وجود دارد، اما اگر به طور مداوم کیفیت پرتو لیزر و دقت پردازش را بر اساس اصلی بهبود ببخشیم، همراه با تحقیقات فناوری پردازش مواد، بازار پردازش دقیق لیزر را تا حد امکان اشغال کنیم، و به تدریج به میدان ریزپرورش لیزر نفوذ کنیم، می توانیم توسعه سریع فناوری پردازش لیزر را در نهایت ترویج کنیم ، ماشینکاری دقیق لیزری یک صنعت در مقیاس بزرگ را تشکیل خواهد داد. ولیزر کینگبه توسعه و تولید تجهیزات لیزری سطح بالا برای کاربران در سراسر جهان اختصاص داده شده است.