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激光打孔是最早達到實用化的激光加工技術,也是激光加工的主要應用領域之一。隨著近代工業(yè)和科學技術的迅速發(fā)展,使用硬度大、熔點高的材料越來越多,而傳統(tǒng)的加工方法已不能滿足某些工藝要求。這一類的加工任務用常規(guī)機械加工方法很困難,有時甚至是不可能的,而用激光打孔則不難實現(xiàn)。激光束在空間和時間上高度集中,利用透鏡聚焦,可以將光斑直徑縮小到微米級從而獲得105-1015W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實行激光打孔,而且與其它方法如機械鉆孔、電火花加工等常規(guī)打孔手段相比,具有以下顯著的優(yōu)點:1)激光打孔速度快,效率高,經(jīng)濟效益好。由于激光打孔是利用功率密度為l07-109W/cm2的高能激光束對材料進行瞬時作用,作用時間只有10-3-10-5s,因此激光打孔速度非�？臁�將高效能激光器與高精度的機床及控制系統(tǒng)配合,通過微處理機進行程序控制,可以實現(xiàn)高效率打孔。在不同的工件上激光打孔與電火花打孔及機械鉆孔相比,效率提高l0-1000倍。

激光打孔技術參數(shù)應用

由于激光具有高能量,高聚焦等特性,激光打孔加工技術廣泛應用于眾多工業(yè)加工工藝中,使得硬度大、熔點高的材料越來越多容易加工。例如,在高熔點金屬鉬板上加工微米量級孔徑;在硬質(zhì)碳化鎢上加工幾十微米的小孔;在紅、藍寶石上加工幾百微米的深孔以及金剛石拉絲模具、化學纖維的噴絲頭等。利用激光在整個在空間和時間上高度集中的特點,經(jīng)而易舉地可將光斑直徑縮小到微米級,從而獲得100~1000W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度幾乎可以在任何材料實行激光打孔。 通常激光打孔機由五大部分組成:固體激光器、電氣系統(tǒng)、光學系統(tǒng),投影系統(tǒng)和三坐標移動工作臺。五個組成部分相互配合從而完成打孔任務。

固體激光器主要負責產(chǎn)生激光光源,電氣系統(tǒng)主要負責對激光器供給能量的電源和控制激光輸出方式(脈沖式或連續(xù)式等),而光學系統(tǒng)的功能則是將激光束精確地聚焦到工件的加工部位上。為此,它至少含有激光聚焦裝置和觀察瞄準裝置兩個部分。投影系統(tǒng)用來顯示工件背面情況。工作臺則由人工控制或采用數(shù)控裝置控制,在三坐標方向移動,方便又準確地調(diào)整工件位置。工作臺上加工區(qū)的臺面一般用玻璃制成,因為不透光的金屬臺面會給檢測帶來不便,而且臺面會在工件被打穿后遭受破壞。工作臺上方的聚焦物鏡下設有吸、吹氣裝置,以保持工作表面和聚焦物鏡的清潔。

激光打孔機成果

興華激光:繼09年熟練掌握并應用:激光打孔設備核心技術(激光飛型腔)世界領先技術,成為國內(nèi)激光微孔加工領軍企業(yè),最小加工孔徑可以做到0.01MM微孔。

激光打孔機與傳統(tǒng)打孔工藝相比,具有以下一些優(yōu)點:

1、激光打孔速度快,效率高,經(jīng)濟效益好。

2、激光打孔可獲得大的深徑比。

3、激光打孔可在硬、脆、軟等各類材料上進行。

4、激光打孔無工具損耗。

5、激光打孔適合于數(shù)量多、高密度的群孔加工。

6、用激光可在難加工材料傾斜面上加工小孔。

7、激光打孔對工件裝夾要求簡單,易實現(xiàn)生產(chǎn)線上的聯(lián)機和自動化。

8、激光打孔易對復雜形狀零件打孔,也可在真空中打孔。

2001年世界首臺雙盤水松紙激光打孔機在華工激光問世。

1、激光打孔用激光器

激光器是激光打孔設備的重要組成部分,它的主要作用是將電源系統(tǒng)提供的電能以一定的轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換成激光能。按激光器工作物質(zhì)性質(zhì),可分為氣體激光器和固體激光器。用于打孔的氣體激光器主要有二氧化碳激光器,而用于打孔的固體激光器主要有紅寶石激光器、釹玻璃激光器和YAG激光器。

二氧化碳激光器有許多獨特的優(yōu)點,它的轉(zhuǎn)換效率高于其它激光器,可以為許多非金屬材料(如有機玻璃、塑料、木材、多層復合板材、石英玻璃等)所吸收。更為重要的是,二氧化碳激光器與其他激光器相比,可以進行大功率輸出。當與其他技術配合時,可以實現(xiàn)高速打孔,最高速度可達100孔/秒,這是其他激光器很難做到的。

雖然如此,但由于二氧化碳激光器的對焦、調(diào)光都不方便,設備一次性投資也比較大,在激光打孔設備中不及其他三種激光器應用普遍。固體激光器以其獨特的優(yōu)點在激光打孔中得到廣泛的應用。它的主要優(yōu)點是:(1)輸出波長短。(2)輸出的光可用普通的光學材料傳遞。(3)整機體積小,使用維護方便,價格低于二氧化碳激光器。

2、激光打孔用機床

激光打孔用機床簡單又通用的形式為三維機床。兩維運動在水平面,以X、Y表示,兩坐標軸相互垂直,第三維Z軸與Z-Y平面垂直。每一維可通過步進電機帶動滾珠絲杠在直線滾珠導軌上運行,它的精度由絲杠的精度和滾珠導軌的精度確定。如果配以微處理機系統(tǒng),三維機床就可以完成平面內(nèi)各種孔及一定范圍內(nèi)群孔的激光加工。當需要在管材或桶形材料進行系列孔的加工時,機床應具有五維功能,除了前面提到的三維以外,增加的兩維是X-Y平面360度的旋轉(zhuǎn),我們定義它為A軸,X-Y平面在Z方向上的0-90度傾斜,我們定義它為B軸。這樣多種類型的激光打孔加工,五維工作臺都能勝任。在需要節(jié)省設備投入的情況下,可將B軸的數(shù)控改為手動。這樣既能節(jié)約資金,也基本能完成所有的打孔任務。

3、激光打孔整機設備

歷年來,國內(nèi)外激光打孔機整機水平處在一個迅速發(fā)展的階段,激光器輸出功率逐漸提高,脈沖寬度越來越窄,頻率范圍越來越寬,其他參數(shù)也越來越趄著有利于打孔的方向發(fā)展。導光系統(tǒng)和激光打孔機的控制部分的柔性不斷提高,使得打孔范圍不斷擴大。目前國內(nèi)已形成商品的激光打孔機有幾十種,除了大專院校和科研院所之外,專門經(jīng)營制造激光設備的公司也逐漸增多。這表明中國的激光加工正朝著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。

激光打孔技術由于他的速度快、效率高、經(jīng)濟效益好、應用領域廣的優(yōu)點,在工業(yè)生產(chǎn)上有著非常廣泛的應用。激光可以在紡織面料、皮革制品、紙制品、金屬制品、塑料制品上進行打孔切割等操作。應用領域包括制衣、制鞋、工藝品禮品制作、機器設備、零件制作等。

激光打孔的過程是激光和物質(zhì)相互作用的極其復雜的熱物理過程。因此,影響激光打孔質(zhì)量的因素很多。為了獲得高質(zhì)量的孔,應根據(jù)激光打孔的一般原理和特點,對影響打孔質(zhì)量的參數(shù)進行分析和了解。[1]
激光切割機打孔步驟
激光切割機打孔步驟

一、打孔戰(zhàn)略：

第一步、詳細了解打孔材料及打孔要求；

第二步、模擬實驗與檢測；

第三步、設計便利、快捷的工裝夾具；

第四步、設計程序；

第五步、實施有效的打孔加工及必要的檢測。

二、影響打孔質(zhì)量的主要參數(shù)

激光打孔的過程是激光和物質(zhì)相互作用的極其復雜的熱物理過程。因此,影響激光打孔質(zhì)量的因素很多。為了獲得高質(zhì)量的孔,應根據(jù)激光打孔的一般原理和特點,對影響打孔質(zhì)量的參數(shù)進行分析和了解。這些參數(shù)包括：激光脈沖的能量,脈沖寬度,離焦量,脈沖激光的重復頻率,被加工材料的性質(zhì)。

三、輔助工藝

為了提高激光打孔的精度,有時需要采用一些輔助的工藝程序和工藝措施,包括以下五點：

1、在工件的表面施加一個正向壓力,或是在工件的反面裝一個低壓倉,可有助于打孔過程中清除汽化材料并增加液相的排出。

2、在工件下面的安全位置裝一個光電探測器,可以及時探測到工件穿透與否。

3、利用液體薄膜或金屬鉑覆蓋工件,能夠使孔的錐度減小,并防止液相飛濺。

4、為了及時防止熔化物積聚在孔里,可以把汽化溫度低于被加工材料熔化溫度的物質(zhì)放到被加工工件的后面。

5、利用激光作為加工工具在工件上打毛孔,再用其它方法達到所需要的精度。目前一般采用的有金剛砂的機械加工,用沖頭、金屬絲進行孔徑精加工,化學腐蝕方法等等。