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激光微加工技术的不同加工方式有哪些?

脉冲激光技术的发展使得在微型设备(例如医疗设备)上使用微加工成为可能,并且对周围材料的损害最小。随着激光领域的快速科学进步,激光微加工专业知识至关重要。

莱塞激光专注于利用红外和紫外激光的复杂工艺。红外激光将光束聚焦在材料表面,然后将其转化为热量并熔化材料。紫外线激光使用烧蚀进行操作,通过直接破坏键立即去除材料。这个过程以最小的热效应立即蒸发材料。高精度微加工需要精确协调。激光脉冲序列和线性平台都必须同步,以确保精确控制目标。

激光微加工是使用激光进行切割、钻孔、焊接或进行其他材料修改以实现单位或两位数微米级别的特征。激光加工可以通过三种方式完成:直写、掩模投影和干涉。

脉冲与连续波模式

光微加工的一个重要部分是将热传递到与微加工材料相邻的基板区域。激光器可以在脉冲模式或连续波模式下工作。在连续波模式中,激光输出随时间基本恒定。

在脉冲模式下,激光输出集中在小脉冲中。脉冲模式激光设备为给定材料的微加工提供足够能量的脉冲和小脉冲持续时间。小脉冲持续时间可最大限度地减少流向周围材料的热量。激光脉冲的长度可以从毫秒到飞秒不等。

峰值功率与激光脉冲的持续时间相关,因此脉冲激光可以获得比连续波高得多的峰值。

激光加工主要涉及导致基板材料烧蚀的相互作用。发生的能量转移取决于材料和激光特性。作为影响因素的激光特性包括峰值功率、脉冲宽度和发射波长。材料考虑是它是否可以通过热和/或光化学过程吸收激光能量。

为什么脉冲宽度很重要?

激光切割干净而精确。制造更小、更快、更轻和更低成本设备的需求需要激光器来应对挑战。脉冲激光器用于各种材料的精密微加工。产生不同脉冲宽度的能力是精度、吞吐量、质量和成本效益的关键。

纳秒激光器使用相同的平均功率,材料去除率更高,因此比皮秒和飞秒激光器更高的吞吐量。

皮秒和飞秒激光通过蒸发和熔融材料排出的过程熔化材料以将其去除。这种熔化会影响加工的精度和质量,因为去除的材料会附着在边缘并重新凝固。

纳秒、皮秒、飞秒(功率vs.精度vs.价格)

在许多情况下,激光加工的目的是选择性地去除材料。激光技术使我们能够将大量能量集中在小范围内。这就是导致我们精密加工的原因。去除材料时,我们必须首先超过材料阈值。激光的每个脉冲都必须克服这个阈值。二极管技术的进步使激光器能够以更短的脉冲达到这样的能量水平。这些可以松散地分成名为纳秒、皮秒和飞秒激光器的组。这些名称代表了用于测量脉冲周期的单位。

为什么会有这样的好处?

有几个原因。主要问题之一是,对于较长的脉冲,激光在阈值以下花费的时间更多。从而在不做去除工作的情况下增加更多的能量。这种多余的能量可以改变材料的状态。这可能是晶粒结构、物理状态(固态或液态)、形状、平整度等等。这些变化会导致反射率和吸收率的差异,从而极大地影响激光加工。

随着周期的减少,频率增加。这意味着在这个高能级上有更多的脉冲。这通常会在切割时提高质量,但是由于先进的技术,这确实意味着相对较高的成本。

激光烧蚀

激光加工主要涉及导致基板材料烧蚀的相互作用。发生的能量转移取决于材料和激光特性。作为影响因素的激光特性包括峰值功率、脉冲宽度和发射波长。材料考虑是它是否可以通过热和/或光化学过程吸收激光能量。

在热烧蚀中,激光能量的吸收会导致快速加热。这种温度升高导致材料熔化和/或蒸发。热烧蚀可能会导致大的热影响区,通常用长波长和连续波激光器观察到。

当激光光子能量大于基底材料的键能时,就会观察到光化学过程。这发生在衬底材料由于光子吸收引起的键解离而蒸发时。

如果基板材料能够吸收更多的激光能量,则激光烧蚀工艺会更有效。使用较短(飞秒)激光脉冲进行微加工的材料比使用较长脉冲激光加工的材料表现出更少的热效应。

为什么选择莱塞激光?

激光非常有效,因为它们用途广泛且准确,这使我们的激光系统能够达到前所未有的精确度和切割清洁度。脉冲宽度也很重要,因为它们会影响吞吐量和质量。我们的激光器能够提供高达每秒数百个特征的速度。在设计工具之前,我们会进行研究以确保获得最佳的激光能量密度。我们能够确定每种材料和设计的理想速度,同时减少碳再沉积。我们独特的激光工具设计对每种材料都是独一无二的,以确保每次切割的清洁度和准确性。

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