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郑州国际会展中心

2019年6月4-6日

展会日程/

  
报到布展:2019年6月2-6月3日
开幕时间:2019年6月4日(9:00)
展览时间:2019年6月4日-6日
撤展时间:2019年6月6日-15:00)   

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2019郑州工博会|激光加工的原理、特点、特性及应用的行业?

时间:2018-10-11 09:52来源:未知 作者:admin 点击:

激光加工的原理、特点、特性及应用的行业?

2019郑州机床展|激光加工的原理、特点、特性及应用的行业?

激光是20世纪以来,继原子能、计算机、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。

激光最初的中文名叫做“镭射”,激光的原理早在 1916年已被著名的美国物理学家爱因斯坦发现。1964年按照我国著名科学家钱学森建议将“光受激辐射”改称“激光”。

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激光应用很广泛,主要有激光打标、激光焊接、激光切割、光纤通信、激光光谱、激光测距、激光雷达、激光武器、激光唱片、激光指示器、激光矫视、激光美容、激光扫描、激光灭蚊器等等。

激光加工技术是20世纪60年代初发展起来的一门学科,具有巨大的技术潜力。经过多年发展,已成为先进制造技术中不可缺少的组成部分。它因具有单色相、平行性和相干性三大特征而特别适用于材料加工。所以被广泛应用于打孔、焊接、热处理等众多领域。

激光加工技术原理

激光加工是以激光为热源对工件进行热加工。其主要原理是:将激光束照射到工件表面,以激光的超高能量来切除、熔化材料及改变物体表面性能。由于激光加工时工具与工件不直接接触,不会产生摩擦阻力,所以激光加工具有极快的加工速度,较小的受热影响的范围,并且不会产生噪声。

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激光加工技术特点

与常规热加工相比,采用激光对材料进行加工,具有以下优点:

(1)加工对象广泛。激光可加工各种金属和非金属材料,特别用于加工高硬度、耐热合金、以及陶瓷、宝石、石英、玻璃等硬而脆的非金属材料。

(2)加工质量好,精度高。由于激光能量密度高,加工的速度极快,工件变形小,可实现高速加工。加工效率远超其他方法。对于采用激光平衡技术的PC机硬盘高速转子,其转子平衡精度可达微米或亚微米级。

(3)节省能源和材料消耗,热变形小,可省略二次加工。经济效益高,同时激光加工设备操作维护成本低。

(4)激光加工公害小,可在极端环境下操作。

激光加工技术已成为21世纪工业、农业、医疗、军事、航空、航天等众多领域不可或缺的重要技术之一。因此,研究人员们需要在技术上获得优先,在产品上注重产业化规模化生产技术的研究,不断提升激光加工技术的世界竞争力,不断创新,让激光加工技术得到不断地进步和发展。

2019郑州机床展|激光加工的原理、特点、特性及应用的行业?

激光的四大特性

激光自发明以来,凭借着自身优良的特性,在工业加工、医疗美容、科学研究等领域获得了极为广泛的应用。激光主要有四大特性,分别为高亮度、方向性好、单色性好、高相干性。这些特性彼此关联,使得激光能够适用于不同的场景。

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激光的高亮度

具有高亮度的激光,主要由于其光束具有高度聚集性。激光的高亮度特性,也正是其能量高度集中的体现。经过透镜聚焦之后,焦点附近能够形成数千度,甚至上万度的高温,这种特性使得它几乎能加工所有的材料。

高度的能量集中是激光非常重要的特性,正是因为这方面的优势,使得其能够广泛应用在工业加工和医疗等领域。

单色性

光的颜色是由光的波长决定的,而光都会有一定的波长范围。其波长范围越窄,表现出来的单色性就会越好。对于普通的光源,由于谱线宽度比较大,频率范围过宽,表现出来的颜色就会比较杂。

虽然,相较于普通光源而言,激光的谱线宽度要窄许多。但是,激光的线宽受到诸多因素的制约,几乎不可能达到理论值水平。比如,温度的变化,激光器的些许震动、其体积光器中气流,以及外界泵浦等因素都会导致谐振频率的不稳定,都会造成性能的降低。

方向性好

普通光源发出的光是沿着各个方向进行传播的,发散角很大。相较而言,激光的发散角却很小,几乎是沿着平行方向发射的。激光器发射的光是一种偏振光,方向固定。一个简单的案例可以直观表述这一点:激光照水不会发生折射。

在各种激光器中,气体激光器在方向性上表现最为突出,其次则是固体激光器,半导体激光器在这方面的表现则稍逊一些。

相干性好

光波是由无数光量子所组成的,从激光器中发射出来的光量子由于共振原理,在波长、频率、偏振方向上都是一致的,这就使得其具有非常强的干涉力。我们一般也将激光称作相干光。正是因为与普通光源相比,激光的相干性要强得多。

使用激光作为全息照相的光源,也正是利用相干性好的特点。
激光加工是激光系统最常用的应用。根据激光束与材料相互作用的机理,大体可将激光加工分为激光热加工和光化学反应加工两类。 激光热加工是指利用激光束投射到材料表面产生的热效应来完成加工过程,包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔和微加工等; 光化学反应加工是指激光束照射到物体,借助高密度高能光子引发或控制光化学反应的加工过程。包括光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。 由于激光具有高亮度、高方向性、高单色性和高相干性四大特性,因此就给激光加工带来一些其它加工方法所不具备的特性。由于它是无接触加工,对工件无直接冲击,因此无机械变形;激光加工过程中无"刀具"磨损,无"切削力"作用于工件;激光加工过程中,激光束能量密度高,加工速度快,并且是局部加工,对非激光照射部位没有或影响极小。因此,其热影响的区小工件热变形小后续加工最小;由于激光束易于导向、聚焦、实现方向变换,极易与数控系统配合、对复杂工件进行加工因此它是一种极为灵活的加工方法;生产效率高,加工质量稳定可靠,经济效益和社会效益好。 激光加工作为先进制造技术已广泛应用于鞋业、皮具、电子、纸品、电器、塑胶、航空、冶金、包装机械制造等国民经济重要部门,对提高产品质量、劳动生产率、自动化、无污染、减少材料消耗等起到愈来愈重要的作用。具体应用如下:1、鞋业:皮鞋,凉鞋,休闲鞋,运动鞋,女鞋,男鞋,童鞋,各种材料的鞋类。2、皮具皮革行业:手袋,皮包、皮带、手挽,皮带扣等皮具。3、服装布料行业:服装、拉链、钮扣、布料等。4、竹木工艺品行业:竹木制工艺品,相框,吊牌,木盒,家具等。5、工艺饰品行业:笔、笔盒、名片、金银饰品、指示牌、胸牌、相片、奖状、收藏器、艺术品、牌匾等。6、纸品行业:各种剪纸,贺卡,吊牌,纸制工艺品。7、有机玻璃行业:DVD、VCD、功放、手机等电器面板,各类压克力工艺品的外形切割及图案雕刻。8、电子塑胶行业:键盘、电子元器件、家电面板,电脑面板等字符及图案雕刻。9、包装瓶盖行业:金属瓶盖、易拉罐等。10、五金电镀行业:工具、量具、刃具、模具、卫浴洁具、餐具、刀剪、不锈钢制品等各类五金。

紫外激光器在各种PCB材料中的四大应用

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紫外激光器是很多工业领域中各种PCB材料应用的最佳选择,从生产最基本的电路板,电路布线,到生产袖珍型嵌入式芯片等高级工艺都通用。这一材料的差异性使得紫外激光器成为了很多工业领域中各种PCB材料应用的最佳选择,从生产最基本的电路板,电路布线,到生产袖珍型嵌入式芯片等高级工艺都通用。应用1:表面蚀刻/电路生产

紫外激光器在生产电路时工作迅速,数分钟就能将表面图样蚀刻在电路板上。这使得紫外激光器成为生产PCB样品的最快方法。研发部门注意到,越来越多的样品实验室正在配备内部紫外激光系统。

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依赖于光学仪器检定,紫外激光光束的大小可以达到10-20μm, 从而生产柔性电路迹线。图2中的应用表明紫外线在生产电路迹线方面的最大优势,电路迹线极其微小,需要在显微镜下才能看见。

这一电路板尺寸为0.75英寸x0.5 英寸,由一块烧结陶瓷基片和钨/镍/铜/表面组成。激光器能够产生2mils的电路迹线,间距为1 mil,从而使得整个间距仅为3 mils。

虽然使用激光光束生产电路是PCB 样品最快的方法,但大规模进行表面蚀刻应用最好留给化学工艺。

应用2:PCB的拆卸

紫外激光器切割对于大型或小型生产来说都是一个最佳的选择,同时对于PCB的拆卸,尤其是需要应用于柔性或刚柔结合的电路板上时也是一个不错的选择。拆卸就是将单个电路板从嵌板上移除,考虑到材料柔性的不断增加,这种拆卸就会面临很大的挑战。

V槽切割和自动电路板切割等机械拆卸方法容易损伤灵敏而纤薄的基板,给电子专业制造服务(EMS)企业在拆卸柔性和刚柔结合的电路板时带来麻烦。

紫外激光器切割不仅可以消除在冲缘加工、变形和损伤电路元件等拆卸过程中产生的机械应力的影响,同时比应用如CO2激光器切割等其它激光器拆卸时产生热应力影响要少一些。

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“切割缓冲垫”的减少能够节省空间,这意味着元件能够放置在更靠近线路边缘的位置,每一块电路板上可以安装更多线路,将效率提升到最高,从而达到柔性线路应用的最大极限。

应用3:钻孔

另外一种利用紫外激光器小型光束尺寸和低应力属性的应用是钻孔,包括贯穿孔、微孔和盲埋孔。紫外激光器系统通过聚焦垂直波束径直切割穿透基板来钻孔。依据所使用的材料,可以钻出小至10μm的孔。

紫外激光器在进行多层钻孔时尤为有用。多层PCB使用复合材料经热压铸入在一起。这些所谓的“半固化”会发生分离,特别是在使用温度更高的激光器加工后。但是,紫外激光器相对来说无应力的属性就解决了这一问题,如图3所示。

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在图示横切面,一块14 mil的多层板上钻直径为4mil的孔。这一在柔性聚酰亚胺镀铜基板上的应用,显示了各层之间没有出现分离。关于紫外激光器低应力属性,还有重要一点:提高了成品率数据。成品率是从一块嵌板上移除的可用电路板的百分率。

在制造过程中,很多情况都会造成电路板的损坏,包括断裂的焊点、破裂的元件或分层。任一种因素都会导致电路板在生产线上被丢进废物箱而非进入运输箱。

应用4:深度雕刻

另外一种展示紫外激光器通用性的应用是深度雕刻,这包含多种形式。利用激光器系统的软件控制,激光光束设定进行受控消融,即能够按照所需深度在某一材料上进行切割,在转向另外一种深度和开始另外一个任务之前可以停止、继续和完成所需的加工。

各种深度应用包括:嵌入芯片时用到的小型生产以及将有机材料从金属表面移除的表面研磨。

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紫外激光器还可以在基板上进行多步骤操作。在聚乙烯材料上,第一步是用激光产生一个深度为2 mils的凹槽,第二步是在上一步的基础上产生8 mils的凹槽,第三步是10mils的凹槽。这说明紫外激光系统所提供的整体用户控制功能。

2019郑州机床展2019.郑州工博会2019郑州工业自动化展,将于2019年6月4-6日于郑州国际会展中心盛大开幕!本届展会展出面积达70000平方米,汇集上千家展商,60000余专业买家,打造中部制造业旗舰大展。官网:www.hm-zif.com

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