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精密加工
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介紹

激光精密加工技術


       激光加工是目前最先進的加工技術,自1960年美國貝爾實驗室發明紅寶石激光器以來后,激光就逐步地被應用到音像設備、測距、醫療儀器、加工等各個領域。在激光加工領域,雖然激光發射器價格非常昂貴(幾十萬到上百萬),但由于激光加工具有傳統加工無法比擬的優勢,在美、意、德等國家激光加工已占到加工行業50%以上的份額。



加工技術





     因為激光束可以聚焦到很小的尺寸,所以特別適合于精密加工。按照加工材料的尺寸大小和加工的精度要求,將目前的激光加工技術分為三個層次:


    (1)大型件材料激光加工技術,以厚板(數毫米至幾十毫米)為主要對象,其加工精度一般在毫米或者亞毫米級;


     (2)精密激光加工技術,以薄板(0.1~1.0 mm)為主要加工對象,其加工精度一般在十微米級;
 

    (3)激光微細加工技術,針對厚度在100μm以下的各種薄膜為主要加工對象,其加工精度一般在十微米以下甚至亞微米級。


      在機械行業中,精密通常是指表面粗糙度小、各種公差(包括位置、形狀、尺寸等)范圍小。這里所說的“精密”,是指被加工區域的縫隙小,就是說加工所能達到的極限尺寸小。


      激光精密加工有如下顯著特點:
 

     (1)范圍廣泛:激光精密加工的對象范圍很寬,包括幾乎所有的金屬材料和非金屬材料;適于材料的燒結、打孔、打標、切割、焊接、表面改性和化學氣相沉積等。而電解加工只能加工導電材料,光化學加工只適用于易腐蝕材料,等離子加工難以加工某些高熔點的材料。
 

     (2)精確細致:激光束可以聚焦到很小的尺寸,因而特別適合于精密加工。激光精密加工質量的影響因素少,加工精度高,在一般情況下均優于其它傳統的加工方法。
 

     (3)高速快捷:從加工周期來看,電火花加工的工具電極精度要求高、損耗大,加工周期較長;電解加工的加工型腔、型面的陰極模設計工作量大,制造周期亦很長;光化學加工工序復雜;而激光精密加工操作簡單,切縫寬度方便調控,可立即根據電腦輸出的圖樣進行高速雕刻和切割、加工速度快,加工周期比其它方法均要短。
 

     (4)安全可靠:激光精密加工屬于非接觸加工,不會對材料造成機械擠壓或機械應力;相對于電火花加工、等離子弧加工,其熱影響區和變形很小,因而能加工十分微小的零部件。
 

     (5)成本低廉:不受加工數量的限制,對于小批量加工服務,激光加工更加便宜。對于大件產品的加工,大件產品的模具制造費用很高,激光加工不需任何模具制造,而且激光加工完全避免材料沖剪時形成的塌邊,可以大幅度地降低企業的生產成本提高產品的檔次。
 

     (6)切割縫細小:激光切割的割縫一般在0.1-0.2mm。
 

     (7)切割面光滑:激光切割的切割面無毛刺。
 

     (8)熱變形小:激光加工的激光割縫細、速度快、能量集中,因此傳到被切割材料上的熱量小,引起材料的變形也非常小。
 

     (9)節省材料:激光加工采用電腦編程,可以把不同形狀的產品進行材料的套裁,最大限度地提高材料的利用率,大大降低了企業材料成本。
 

     (10)非常適合新產品的開發:一旦產品圖紙形成后,馬上可以進行激光加工,你可以在最短的時間內得到新產品的實物。


 


應用場景:





     (1)激光精密打孔
       隨著技術的進步,傳統的打孔方法在許多場合已不能滿足需求。例如在堅硬的碳化鎢合金上加工直徑為幾十微米的小孔;在硬而脆的紅、藍寶石上加工幾百微米直徑的深孔等,用常規的機械加工方法無法實現。而激光束的瞬時功率密度高達108 W/cm2,可在短時間內將材料加熱到熔點或沸點,在上述材料上實現打孔。與電子束、電解、電火花、和機械打孔相比,激光打孔質量好、重復精度高、通用性強、效率高、成本低及綜合技術經濟效益顯著。國外在激光精密打孔已經達到很高的水平。瑞士某公司利用固體激光器給飛機渦輪葉片進行打孔,可以加工直徑從20μm到80μm的微孔,并且其直徑與深度之比可達 1∶80。激光束還可以在脆性材料如陶瓷上加工各種微小的異型孔如盲孔、方孔等,這是普通機械加工無法做到的。


     (2)激光精密切割
       與傳統切割法相比,激光精密切割有很多優點。例如,它能開出狹窄的切口、幾乎沒有切割殘渣、熱影響區小、切割噪聲小,并可以節省材料 15%~30%。由于激光對被切割材料幾乎不產生機械沖力和壓力,故適宜于切割玻璃、陶瓷和半導體等既硬又脆的材料,加上激光光斑小、切縫窄,所以特別適宜于對細小部件作各種精密切割。
 

      激光精密切割的一個典型應用就是切割印刷電路板PCB(Printed circuits Boards)中表面安裝用模板(SMT stencil)。傳統的SMT模板加工方法是化學刻蝕法,其致命的缺點就是加工的極限尺寸不得小于板厚,并且化學刻蝕法工序繁雜、加工周期長、腐蝕介質污染環境。采用激光加工,不僅可以克服這些缺點,而且能夠對成品模板進行再加工,特別是加工精度及縫隙密度明顯優于前者,制作費也由早期的遠高于化學刻蝕到現在的略低于前者。但由于用于激光加工的整套設備技術含量高,售價亦很高。


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