波粒观世界丨工业激光器:光束整型用于新的超快激光制造应用

(编辑:admin    日期:2016年08月27日    浏览:次)

光束强度轮廓可以在x轴,y轴和z轴上进行调节,主要应用于例如热浸镀锌材料加工和分离合成蓝宝石和玻璃。

  

  多年来,激光光束整型使用户能够实现最优化的加工以及实现更具有挑战性的应用成果。在工业激光器和光学加工方面,激光光束整型的应用发展是最超前的,用户能够根据明确应用需求灵活地进行光束整型。在过去几年中,通快就已经掌握了如何在工件上形成各种束流剖面以此优化材料加工,提供最好的预处理条件。

  

  光束整型技术是基于优化波光设计,用于改进从熔融石英制成透射式元件的制造方法。它可以与超快(又名超短)脉冲激光器以及多千瓦的连续波(CW)激光器使用。可以产生高效率和高功率加工能力,同时有助于让光束整型方法应用于各种激光器中。

  

  利用这种光束整型技术,可以开发新的,优化的工艺。最新的应用方向是玻璃切割、用超短脉冲激光器合成蓝宝石,增强汽车加工中的钎焊能力。两者的发展带来更高效,灵活的生产工艺。光束整型技术可以应用到单模激光源和多模激光源。

  

  分离合成蓝宝石和玻璃

  

  由于在可见光和近红外光谱范围内,玻璃是透明的,使用这个波长的激光来处理玻璃变得不符合逻辑。然而,在皮秒或飞秒范围使用超快脉冲激光时,光不是简单的穿过材料。相反,在脉冲里空间和时间大密度的光子促进了非线性多光子吸收过程,产生了自由电子。随后,这些自由电子吸收额外光子。在这些透明材料里改变其吸收机制,使得利用激光束来处理合成蓝宝石和玻璃变成可能。

  

  该进程的成功是基于材料的变性。超快脉冲激光束聚焦在玻璃内,然后他们沿着所需的切割线修改狭窄区域材料性质。沿着这条狭窄区域破裂开,表面保持非常光滑,精度可以到一毫米的百分之一,而且可以是直的或弯曲的表面。

  

  这种技术最近用于切割薄硬化玻璃,比如用作智能电话显示器前盖玻璃。激光光强均匀地沿着z轴的传播方向分布。激光脉冲不再逐层扫描玻璃,而是每次通过材料修改完整的内部分隔面(图1)。


波粒观世界丨工业激光器:光束整型用于新的超快激光制造应用

  图1:原文:(The intensity of the laser light is uniformly distributed along the propagation axis of the beam (z-direction), creating a beam focus line with an aspect ratio of >1000:1)

  

  根据脉冲能量和材料,玻璃可以是厚可达2毫米。利用相应设备,能够实现切割速度达到1米/秒,比其他方式快过100倍。即使是蓝宝石,硬度排名第二的透明材料,也可以以这种方式进行处理。可以创建激光器的长焦线分离超过1毫米厚的玻璃。

  

  热镀锌材料的钎焊

  

  汽车行业对于使用热镀锌材料的兴趣越来越大。与传统材料相比,除了增加耐蚀性,热镀锌比电镀锌材料更便宜和更容易获得。

  

  钎焊用于连接材料是有一定的挑战。因为所施加的材料涂层,常常出现飞溅,气孔,以及被处理材料表面不平坦。然而,通过使用光束整型光学器件将光束分成多点,有可能进行钎焊热浸镀锌材料,实现一个机械手4.5米/分钟的处理速度和良好的处理结果,包括光滑的表面以及完全没有毛孔和飞溅物(见图2)。


波粒观世界丨工业激光器:光束整型用于新的超快激光制造应用

  

  当钎焊热镀锌材料,该材料的表面上的三个光点具有不同的直径和功率强度。小斑点起到至关重要的作用。锌涂层可以先做预处理,预热表面。新钎焊工艺是平滑的而且钎焊速度可以提升。