光纖激光器可望成為金屬加工新技術

光纖激光器可望成為金屬加工新技術
     目前，在包括汽車、造船和醫學在內的許多工業部門
，都在用激光器對較厚的金屬板材進行切割
、鑽孔、hanjiehebiaomianchuli，zheyangdejiguangqiyibandoukecongshichangshangmaidao。danshi，youxuduozhengzaichuxiandeyingyongxiangmuzeyaoqiucaiyonghenbodejinshu，yaoqiujiguangyifeichanggaodejingduduiqijiagong，jiagonghoudebianjieyaofeichangganjing。jinjinianlai，yijingchuxianleyixieyongyujiguangweijiagongdejiguangxinjishu。zhexiejiguangqijuyouhenhaodemoshizhilianghejigaodejujiaonengli—這是實現特征尺寸小和邊緣幹淨的二個重要條件。

    在這項研究中，我們采用了不同類型的低功率激光器

，它們的輸出駁船為355nm、532 nm、1064 nm和1.085微米，並對實驗結果進行了比較。我們關注的重點是：要在各種不同厚度、不同材料的金屬中切割出複雜的形狀來。

激光的優點

     雖然現在加工金屬有各種技術，但是，與激光相比
，他們全都存在著一些缺點。 例如
，你可以用EDM(電火花加工)技ji術shu來lai有you效xiao地di加jia工gong金jin屬shu
，但dan是shi，該gai技ji術shu限xian製zhi了le在zai工gong件jian上shang所suo能neng得de到dao的de最zui小xiao特te征zheng尺chi寸cun。而er且qie，電dian極ji越yue小xiao，成cheng本ben越yue高gao，比bi激ji光guang容rong易yi破po裂lie。電dian極ji更geng替ti的de速su度du越yue頻pin繁fan，增zeng加jia的de費fei用yong就jiu越yue多duo。

   蝕刻技術也常常用來加工金屬,而且，在某些情況下，這些技術還可能比較經濟的，但是，該技術也有一些重要的缺陷。首先, 蝕刻加工需要多個步驟,而激光加工一次就可完成。 其次，在蝕刻之後
，人們必須對付腐蝕性的化學藥品和所產生的有毒廢料。最後，蝕刻圖樣的縱橫比限製在1:1附近，而且，即使在這情況下

，還可能有很深的凹槽和契形邊界出現。另外，機械鑽孔或刻槽也受到限製，孔的直徑被限製在250微米左右；盡管
，現在100微米的鑽孔機已經可以從市場上買到了,但價格較貴
，壽命較短。

    用激光來切割金屬，使之成為複雜的形狀和圖樣
，優點很多。 如可消除鑽頭破裂和工具磨損問題。還有,用激光加工
，可獲得更小的孔徑和更小的特征尺寸。激光打孔還可在角形或彎曲表麵上進行，可在硬性和軟性材料上進行。還有,可對激光加工進行編程
，如需在短期內鑽或刻數千個孔的話
，利用所編程序

，可大大提高加工速度。

     在這項研究中，我們對一些難加工的金屬薄片進行了評估，這些金屬包括銅 (Cu)
、鈹銅(BeCu)、磷青銅(Pbronze)、鉬(Mo)、不鏽鋼(SS)

、鎳(Ni)
、鋁(Al)、鈦(Ti)、回火鋼(TS)，以及鍍在硬或軟材料襯底上的銦/錫/氧化物金屬薄膜等。所有這些金屬在主要領域或特殊領域應用時
，都要求具有光滑的邊界和小的特征尺寸。非常薄的薄膜，極為重要。 現在
，集成電路越來越小，越來越密
，介質和導體的厚度也越來越薄。最有趣的應用之一是具有各種圖案的薄膜(通常僅有數百埃厚)導電材料，如Cu、Au、Ag和ITO。這些金屬在薄膜形式下呈現著有趣的特性，在與激光的相互作用方麵
，薄膜金屬與體材料金屬略有不同。例如, 剝離“厚”金屬(厚度超過1微米)所需要的能量密度約在幾到幾十J/cm2量級，而同樣的金屬在薄膜條件下，僅需要0.幾J/cm2，就可以把它們從襯底上剝離掉。這些薄膜用途極廣
，如觸摸屏幕
、平板顯示、飛機駕駛員座艙和醫療器械等。這裏，我們提到的隻是少數幾個，更多的應用還在開發研究之中。

    在每種情況中，我們均使用低功率激光器(小於100瓦,在大部份情況下,要小得多)。因此,我們把金屬厚度限製在20密耳(500微米)以下。在這項研究中，我們采用的是：Coherent公司的Avia 355nm，3瓦激光器，Photonics Industries公司的532nm,7瓦激光器
，和Spectra Physics公司的1064nm,3瓦激光器。我們沒有使用CO2激光器或準分子激光器。因為
，對於我們研究的多數金屬來說
，CO2激光的反射比較嚴重；若采用準分子激光器的話，這類加工設備的商品化速度，可能會太慢。

     我們還用1.085微米波長、100瓦光纖激光器進行了一些實驗
，並對有關結果進行了討論。二極管泵浦固體激光器在短波長具有很好的光束質量，能聚焦成20微米或更小的光斑。因為，這比我們在試驗中要研究的形體尺寸小得多，所以我們需要多次地打孔或刻槽。我們將DXFwenjianxiazaixialai，bingbatajiadaoguangxuejiagongruanjianzhongqu
，tongshi，yejiangjiguangcanshujiajinqu。jieguo
，yigebaohansuoyoujiagongxinxidejiagongwenjianjiubaocunxialaile。zaijianglaixuyaocankaoheshiyongshi
，biankequfangwenta。youyidiantebiezhongyao：所有附圖(一張除外)都是用放大40倍的立體照相鏡頭直接拍攝激光加工後不經清洗的高分辨照片。因此，在這裏所給出的圖，都應該認為是“最差”的情況。此外，所有的圖都是用檢流計掃描光束得到的，不需要任何輔助氣體。