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紫外激光加工潜力巨大

近些年,激光加工应用技术已经越来越普及,各行各业人士也或多或少接触过激光,在一些工业区主干道更是随意可见一些代工门店,专业的金属激光加工厂为数也不少。激光制造带来的效率、利润效益以及加工质量得到认可,这才是激光得到更多应用的根本原因。

对于激光的应用,很多企业家、行业人士所能看到的范围仍然很窄,事实上也确是如此,制约激光应用的一大因素在于产业应用过于集中,目前主要应用于钢铁金属加工、消费电子产品制造、表面打标记/打码、电池焊接等几个领域。做企业首先要谋生存,其次才能求发展,所以容易做,多人做,现成有量的市场方向就集中了大部分激光设备企业,导致了恶性竞争。很多潜力较大的行业没有人去做、去开发。

例如现在激光加工普遍集中于金属,而布料纤维、塑料等材料没有太多企业去做,谈差异化发展还是任重道远的。严格来说,无论是钢板还是钢管的激光加工,都算是一种粗加工,一般只要求切口、焊缝平滑就行了,对高精度要求少一些。而粗加工的市场开发是稳步增长,当然竞争也激烈。金属激光加工,无论是切割、还是焊接,简单的单机应用早已是拼价格的恶性竞争,在薄利时代进入洗牌是迟早的事情。未来的激光发展趋势必然是对小的、精密部件产品的高精度加工要求,而且很可能很多出现在非金属材料,例如塑料、玻璃、布料纤维等。

紫外激光的优势

目前的工业激光应用,大多数采用的是红外波段的激光发生器,包括固体、CO2、光纤、半导体和碟片等类型。除了红外,比较成熟的工业激光还开发出了绿光、紫外光,蓝色激光还在探索实践。毋庸置疑红外激光是目前最成熟、使用最广泛的,同时也是最实惠的一种,绿光和紫外光的潜力较大,目前看来尚未充分挖掘,特别紫外激光的应用,市场潜力是巨大的。

紫外激光器属于355nm波段,采用三阶腔内倍频技术,同红外激光比较,355紫外光具有聚焦光斑极小,能在很大程度上降低材料的机械变形,且加工热影响区较小等优点,是实现精细加工的优先选择,主要用于超精细打标、雕刻和微切割,特别适合用于食品、医药包装材料打标、电路板打微孔、玻璃材料打标/划割,及对硅片晶圆进行复杂的微切割等应用。

实现高端精细加工,当前使用纳秒紫外激光比超短脉冲激光有着更高的性价比,因此过去三年紫外激光凭借良好的加工效果得到快速推广应用。2018年国内紫外激光器出货使用突破了一万台。

紫外激光打标

紫外激光的工业应用,从较早的1-5瓦发展到现在3-20瓦为主,最多的应用是在标记上面。在纸盒包装、线缆外壳、有色塑料、聚合物、半导体材料等的打标,紫外激光做出来的效果是较好的,图案、纹路较为清晰。

早在多年前,加拿大的庞巴迪公司轻轨使用的线缆,均用上了高速紫外激光标记、测量系统。

随着国家对医疗产品药品加强监督,近几年国内一些药厂纷纷采用上了激光打标,主要是对纸装外壳和瓶装外壳的产地日期进行标示。电路板的打标也受到越来越多厂家重视,主要是logo和二维码,一方面是防止仿冒伪劣产品,另一方面是实现产品的流通追溯。

激光加工里面,打标打码是发展得最成熟的工艺,无论什么材料要打出图案容易,但是要打出所需要的效果,仍然有些学问,而且有些还是不容易实现。比如在白家电上,遥控器和家电外壳要做出彩色图案,比如空调、冰箱,要打灰色和黑色,都是容易实现,然而家电的厂家以及终端消费者更青睐于彩色,显得更有活力,家居色调更丰富。激光打彩色其实就是激光能量在与材料作用过程中的氧化作用形成了颜色变化,这个在金属片上可以实现,在塑料件上显得更为困难,而且其激光能量的变化会影响彩色效果的稳定性。据了解在格力电器、TCL电子产品上均有这类需求,但是要实现有较大的难度。在个人用的电子产品,更多的是使用有色塑料甚至是混色塑料,比如耳机、手机外壳、手提电脑外壳以及穿戴手环等,对激光打标又提出了新的要求,红外激光的热影响还是偏大,塑料件的激光应用以紫外激光最为合适,因此一旦一些工艺方案解决了,紫外激光的需求是非常可观的。

紫外激光微切割

激光的宏加工发展迅速,而精细加工应用似乎长期受到“冷落”,一个重要原因是精密激光设备门槛较高、采购成本昂贵,另一方面是激光精细加工需求端没有明显放大。紫外激光切割机以其良好的性价比快速切入精密切割应用,成为了精细加工的一个理想选择,未来超短脉冲级的紫外激光切割的出现也是必然的。

紫外激光微切割目前主要使用在FPC软性电路板、陶瓷和晶圆等材料,包括钻孔、划线,国产的设备目前以10-30瓦的为主,未来30瓦以上的高功率紫外激光应用会逐渐增加。相比较于传统工艺,紫外激光加工的优势在于无需开模,生产周期短、无毛刺、无应力变形、无溢胶、无烧焦、是一种可靠的加工手段,是目前精细加工的一种主流加工工具。

紫外激光切割还用于一些陶瓷材料、光伏硅片、树脂、高分子材料的加工,特别是一些电子元件追求小型化,加工精度要求更高,紫外激光切割将会迎来更多机遇。

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