激光在金属微加工中的作用

能够制造出只有微米大小的孔和其他特征，只是微加工难题的一部分。用于电子产品生产的喷油器喷嘴、微模具、喷丝板和掩模等部件上的微小加工元件也必须具有干净的边缘和无毛刺的表面处理，才能正常工作。重要的是，加工过程不会将热量引入工件，而这会改变材料的性能。

激光技术长期以来一直能够在如此小的范围内加工金属。然而，“激光微加工”这个词是用一个大刷子画出来的。这些系统在成本、复杂性、稳健性和能力上各不相同，以跟上工业生产的需求。

皮秒激光是一个加工工具已被证明有效的具有足够高的材料去除速率准确地微机械加工的金属。该激光器结合了易用性和吞吐量，实验室仪器的控制精度低精度系统。卡盘Ratermann，RMPC激光器公司总裁，揭示了一些的几个了用于微机械金属主激光系统之间的差异的光。可以肯定，这些设备只适用于选择加工应用。但服务于医疗，电子，甚至汽车行业正在寻求为自己除了从其他商店服务良好知道什么激光微加工可带来的表。

激光类型

三种激光类型通常用于微机械线 - 纳秒，皮秒和飞秒激光器。这些激光器根据束脉冲的持续时间命名。例如，由Femtosecond激光发射的每个脉冲持续FemtoseConds（Femtosecond是百万分之纳秒，或秒的10-15）。除了重复速率（每秒发射脉冲数）之外，光束脉冲持续时间是影响工业微机械加工应用的激光有用性的两个因素。

纳秒激光器在这三种激光器中具有最长的光束脉冲持续时间。由于长脉冲持续时间会在工件的那个区域产生热影响区(HAZ)，因此在非常精确的应用中，这给金属的微加工带来了困难。热可以回火的基材，这可能是不可接受的某些组件。在纳秒激光加工过程中，材料吸收光束，加热，熔化和蒸发。然而，一些熔化的材料又落回到工件上。这就是所谓的重铸，根据应用的不同，重铸可能需要进行二次精整操作。

相反，飞秒激光器有三个激光类型的最短时间。在这种情况下，存在由材料束的吸收，能量转移到晶格该断裂元件债券和快速等离子体膨胀。没有形成重铸因为没有熔融相中。这种材料去除方法被称为冷烧蚀。尽管飞秒激光是非常准确的，他们是复杂的系统，一般有一个低重复率（通常只有几赫兹），这使得它们不适合工业工作。

皮秒激光器融合了纳秒激光器的简单性和高重复率，以及飞秒激光器的准确性和“凉爽”操作。这些激光器被认为是短脉冲激光器，就像飞秒激光器，这意味着没有材料熔化阶段。材料立即变成等离子体，这就消除了HAZ问题。

RMPC的固态RAPID皮秒激光，例如，具有小于15皮秒的脉冲持续时间。该系统是可控制的，使得单个脉冲可从部件的表面仅去除10材料的纳米。短脉冲意味着能量在小的深度被局部化。没有时间用于热传导到工件材料的事实使得所述激光有效地用于加工金属，例如钢，不锈钢，铝，钼，黄铜和铜。这也使激光加工非金属如Teflon，金刚石，陶瓷和玻璃微裂纹没有碎裂或它们的表面。

用冷的消融相关联的最小的热和机械效应允许高重复率，转化为高消融（材料去除）速率。快速激光的重复率为500千赫，该装置消融率钢可以是高达1立方毫米/分钟为8千瓦激光器。

对于大多数微加工应用，与所述RAPID皮秒激光由光点尺寸是4微米和50微米之间，这取决于特征被加工。在生产情况下，激光可以作为厚穿过金属钻如0.5mm或创建盲孔或腔用于micromolds一样深为0.5mm。它可用于在微米范围内的表面结构化和去除组分的薄涂层不会刺穿或损坏下层基板。另外，激光可以用于“磨练”工件上以更好的表面光洁度。

激光打孔方法

有四种共同的激光微机械线的常用技术。这些是单次，打击乐，龙旋和螺旋钻孔。单次和打击乐是两种最快的钻孔方法。因为这些方法使用原始激光束进行加工，所以它们产生的孔与激光束的光斑尺寸大致相同。这两种方法可以提供大约10：1的宽高比（孔的长度与其直径的比率）。然而，在纤维和螺旋钻孔中，梁点尺寸小于待加工的孔，并且操纵工件或梁以产生孔。这些后两种技术需要特殊的光束输送系统。

在简单的套针过程中，激光束穿过材料，并以一个圆周运动的方式切开孔。螺旋钻是套钻的一种变体，不穿透材料。在这种情况下，光束遵循螺旋路径，通过许多螺旋通道逐渐烧蚀材料层。尽管这是最慢的激光加工方法，但它在光束进入和离开的侧面创造了最精确的孔和清晰的边缘。它也是高纵横比钻孔的最佳选择，高纵横比可达20:1。此外，穿套光学允许光束产生正或负的壁锥。

工件夹具和定位的激光微加工系统可以是简单的或详细描述，这取决于应用。即具有锥形和成角度的孔，例如新的燃料喷射器喷嘴的设计中，需要多轴定位（包括线性和旋转），以产生孔。其它复杂的系统可使用真空卡盘对扁平工件。在一些情况下，虽然，一个基本的X-Y可用于位置的工件进行激光加工。此外，双面胶带或帧就足够用于装夹薄工件。

激光的建议

对于目前成功使用纳秒激光的商店，拉特曼不建议改用皮秒激光。尽管皮秒激光比纳秒激光更精确，但也更昂贵。

对于商铺考虑增加皮秒激光器的，Ratermann先生建议发送部分样品的激光供应商，以确定速度和质量的激光可以提供。商店还可以考虑逛激光器供应商，以确定是否基本工件和束操纵方法，或更复杂的设置，将最适合他们的特殊金属微加工应用。