激光加工系统

激光加工系统
激光加工系统

1发展

激光技术与原子能、半导体及计算机一起,是二十世纪最负盛名的四项重大发明。

激光作为上世纪发明的新光源,它具有方向性好、亮度高、单色性好及高能量密度等特点,已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。据统计,从高端的光纤到常见的条形码扫描仪,每年与激光相关产品和服务的市场价值高达上万亿美元。我国激光产品主要应用于工业加工,占据了40%以上的市场空间。

激光加工作为激光系统最常用的应用,主要技术包括激光焊接、激光切割、表面改性、激光打标、激光钻孔、微加工及光化学沉积、立体光刻、激光刻蚀等。

激光加工设备就是利用激光加工技术改造传统制造业的关键技术设备之一,主要产品则包括各类激光打标机、焊接机、切割机、划片机、雕刻机、热处理机、三维成型机以及毛化机等。这类产品已经或正在进入各工业领域。

从全球激光产品的应用领域来看,材料加工行业仍是其主要的应用市场,占比为35.2%;通信行业排名第二,其所占比重为30.6%;另外,数据存储行业占据第三位,其所占比重为12.6%。

与传统加工技术相比,激光加工技术具有材料浪费少、在规模化生产中成本效应明显、对加工对象具有很强的适应性等优势特点。在欧洲,对高档汽车车壳与底座、飞机机翼以及航天器机身等特种材料的焊接,基本采用的是激光技术。

据《2013-2017年中国激光加工设备制造行业产销需求预测与转型升级分析报告》[1]数据显示近十年来,随着工业激光应用市场在不断扩大,激光加工领域也不断开拓,由传统的钟表、电池、衣扣等轻工行业向机械制造业、汽车制造业、航空、动力和能源以及医学和牙科仪器设备制造业等应用领域拓展,将有效拉动激光加工设备的需求。

2011年,全球激光工业加工设备销售额获得了强劲的两位数增长。据《工业激光解决方案》(ILS)的数据显示,2011年全球激光系统销售收入70.60亿美元,同比增长16%,其中,激光器销售收入19.56亿美元,同比增长18%。

2简介

激光加工是利用光的能量经过透镜聚焦后在焦点上达到很高的能量密度,靠光热效应来加工的。激光加工不需要工具、加工速度快、表面变形小,可加工各种材料。用激光束对材料进行各种加工,如打孔、切割、划片、焊接、热处理等。某些具有亚稳态能级的物质,在外来光子的激发下会吸收光能,使处于高能级原子的数目大于低能级原子的数目——粒子数反转,若有一束光照射,光子的能量等于这两个能相对应的差,这时就会产生受激辐射,输出大量的光能。

3优点

1、激光功率密度大,工件吸收激光后温度迅速升高而熔化或汽化,即使熔点高、硬度

大和质脆的材料(如陶瓷、金刚石等)也可用激光加工;

激光切割设备

2、激光头与工件不接触,不存在加工工具磨损问题;

3、工件不受应力,不易污染;

4、可以对运动的工件或密封在玻璃壳内的材料加工;

5、激光束的发散角可小于1毫弧,光斑直径可小到微米量级,作用时间可以短到纳秒和皮秒,同时,大功率激光器的连续输出功率又可达千瓦至十千瓦量级,因而激光既适于精密微细加工,又适于大型材料加工;

6、激光束容易控制,易于与精密机械、精密测量技术和电子计算机相结合,实现加工的高度自动化和达到很高的加工精度;

7、在恶劣环境或其他人难以接近的地方,可用机器人进行激光加工。

4分类

激光切割

激光切割技术广泛应用于金属和非金属材料的加工中,可大大减少加工时间,降低加工成本,提高工件质量。激光切割是应用激光聚焦后产生的高功率密度能量来实现的。与传统的板材加工方法相比, 激光切割其具有高的切割质量、高的切割速度、高的柔性(可随意切割任意形状)、广泛的材料适应性等优点。

相关产品:

红外激光器:DM20-1053 DM30-1053 DM40-1053 DM50-1053

紫外激光器:DS10E-351 DS20-351DS10E-355 DS20-355

DS10HE-355 DS20H-355

(1)激光熔化切割

在激光熔化切割中,工件被局部熔化后借助气流把熔化的材料喷射出去。因为材料的转移只发生在其液态情况下,所以该过程被称作激光熔化切割。

激光光束配上高纯惰性切割气体促使熔化的材料离开割缝,而气体本身不参与切割。

——激光熔化切割可以得到比气化切割更高的切割速度。气化所需的能量通常高于把材料熔化所需的能量。在激光熔化切割中,激光光束只被部分吸收。

——最大切割速度随着激光功率的增加而增加,随着板材厚度的增加和材料熔化温度的增加而几乎反比例地减小。在激光功率一定的情况下,限制因数就是割缝处的气压和材料

激光雕刻产品

的热传导率。

——激光熔化切割对于铁制材料和钛金属可以得到无氧化切口。

——产生熔化但不到气化的激光功率密度,对于钢材料来说,在104W/cm²~105 W/cm²之间。

(2)激光火焰切割

激光火焰切割与激光熔化切割的不同之处在于使用氧气作为切割气体。借助于氧气和加热后的金属之间的相互作用,产生化学反应使材料进一步加热。对于相同厚度的结构钢,采用该方法可得到的切割速率比熔化切割要高。

另一方面,该方法和熔化切割相比可能切口质量更差。实际上它会生成更宽的割缝、明显的粗糙度、增加的热影响区和更差的边缘质量。

——激光火焰切割在加工精密模型和尖角时是不好的(有烧掉尖角的危险)。可以使用脉冲模式的激光来限制热影响。

——所用的激光功率决定切割速度。在激光功率一定的情况下,限制因数就是氧气的供应和材料的热传导率。

(3)激光气化切割

在激光气化切割过程中,材料在割缝处发生气化,此情况下需要非常高的激光功率。

为了防止材料蒸气冷凝到割缝壁上,材料的厚度一定不要大大超过激光光束的直径。该加工因而只适合于应用在必须避免有熔化材料排除的情况下。该加工实际上只用于铁基合金很小的使用领域。

该加工不能用于,象木材和某些陶瓷等,那些没有熔化状态因而不太可能让材料蒸气再凝结的材料。另外,这些材料通常要达到更厚的切口。

——在激光气化切割中,最优光束聚焦取决于材料厚度和光束质量。

——激光功率和气化热对最优焦点位置只有一定的影响。

——所需的激光功率密度要大于108W/cm2,并且取决于材料、切割深度和光束焦点位置。

——在板材厚度一定的情况下,假设有足够的激光功率,最大切割速度受到气体射流速度的限制。

激光焊接

激光焊接是激光材料加工技术应用的重要方面之一,焊接过程属热传导型,即激光辐射加热工件表面,表面热量通过热传导向内部扩散,通过控制激光脉冲的宽度、能量、峰功率和重复频率等参数,使工件熔化,形成特定的熔池。由于其独特的优点,已成功地应用于微、小型零件焊接中。与其它焊接技术比较,激光焊接的主要优点是:激光焊接速度快、深度大、变形小。能在室温或特殊的条件下进行焊接,焊接设备装置简单。

相关产品:红外激光器:DM20-1053 DM30-1053 DM40-1053 DM50-1053

激光钻孔

随着电子产品朝着便携式、小型化的方向发展,对电路板小型化提出了越来越高的需求,提高电路板小型化水平的关键就是越来越窄的线宽和不同层面线路之间越来越小的微型过孔和盲孔。传统的机械钻孔最小的尺寸仅为100μm ,这显然已不能满足要求,代而取之的是一种新型的激光微型过孔加工方式。用CO2激光器加工在工业上可获得过孔直径达到在30-40μm的小孔或用UV 激光加工10μm左右的小孔。在世界范围内激光在电路板微孔制作和电路板直接成型方面的研究成为激光加工应用的热点,利用激光制作微孔及电路板直接成型与其它加工方法相比其优越性更为突出,具有极大的商业价值。[2]

激光打孔

采用脉冲激光器可进行打孔,脉冲宽度为0.1~1毫秒,特别适于打微孔和异形孔,孔径约为0.005~1毫米。激光打孔已广泛用于钟表和仪表的宝石轴承、金刚石拉丝模、化纤喷丝

激光加工设备

头等工件的加工。在造船、汽车制造等工业中,常使用百瓦至万瓦级的连续CO2激光器对大工件进行切割,既能保证精确的空间曲线形状,又有较高的加工效率。对小工件的切割常用中、小功率固体激光器或CO2激光器。在微电子学中,常用激光切划硅片或切窄缝,速度快、热影响区小。用激光可对流水线上的工件刻字或打标记,并不影响流水线的速度,

刻划出的字符可永久保持。

激光微调

采用中、小功率激光器除去电子元器件上的部分材料,以达到改变电参数(如电阻值、电容量和谐振频率等)的目的。激光微调精度高、速度快,适于大规模生产。利用类似原理可以修复有缺陷的集成电路的掩模,修补集成电路存储器以提高成品率,还可以对陀螺进行精确的动平衡调节。[3]

激光热处理

用激光照射材料,选择适当的波长和控制照射时间、功率密度,可使材料表面熔化和再结晶,达到淬火或退火的目的。激光热处理的优点是可以控制热处理的深度,可以选择和控制热处理部位,工件变形小,可处理形状复杂的零件和部件,可对盲孔和深孔的内壁进行处理。例如,气缸活塞经激光热处理后可延长寿命;用激光热处理可恢复离子轰击所引起损伤的硅材料。

激光加工的应用范围还在不断扩大,如用激光制造大规模集成电路,不用抗蚀剂,工序简单,并能进行0.5微米以下图案的高精度蚀刻加工,从而大大增加集成度。此外,激光蒸发、激光区域熔化和激光沉积等新工艺也在发展中。2.2 加工质量

5加工精度

激光切割的加工精度是由加工机性能、光束品质、加工现象而决定的整体精度。

一、关于尺寸变化

即使按照程序进行切割,也有加工产品无法满足精度要求的情况。所以需要根据不同的情况采取对策。

1.加工产品的全体尺寸有变化

这是由于切口上激光焦点直径和其周围燃烧区域形成的切口宽度所影响的。

虽然在相同条件下,对相同的加工物,使用同一偏置补偿值可以确保其精度,但是焦点位置的设定要凭借加工机操作人员的感觉来确定,而且热透镜作用也会造成焦点位置的变化,所以需要定期检查最佳的偏置补偿值。

2.加工方向(部分)上的尺寸误差有差别

板材上部的尺寸精度与尺寸精度有不同的情况。这个现象要考虑两方面

激光加工在服装行业应用

的原因。首先,光束圆度和强度分布不均一,造成切口宽度沿加工方向有所不同。解决的方法是进行光轴调整或清洗光学部件。其次,被加工物受热膨胀会引起加工形状长方向尺寸变短的情况。

3.翘曲引起的变化

尺寸精度虽然在要求范围内,但由于热变形等原因会造成发生翘曲。加工铝、铜、不锈钢等时非常显著,它受到线膨胀系数、热容量等物性的影响。就加工形状来说,纵横比越大,翘曲量就越大。采用低热量加工条件以及加工线路等在加工程序上下工夫,但还没有完全解决问题。

加工板件所拥有的残余应力对翘曲和尺寸误差也有影响,所以我们需要对加工程序始终保持一定的配置方向。

4.间距精度变化

加工很多孔时,孔与孔之间的间距精度会出现偏差。由于在热膨胀情况下开孔,冷却收缩后,间距变小。我们可以在程序中补正收缩部分的精度或者灵活运用形状缩放功能。无论什么情况,都要在初期加工后,测定其加工尺寸,补误差。当间隔精度不随加工位置而变化,而是在整个加工区里都恶化时,其原因是机械精度的恶化而造成的。

5.圆度变化

在激光加工中加工孔切割面产生坡度是无法避免的,下面直径比背面直径大,一般都评估背面稍小一侧的圆度。

6实际操作

1、穿孔的难度

在切割的开始部位加工开始加工所需要的孔称做穿孔。板越厚,穿孔就越不稳定。可以说,板厚大于12.Omm的厚板切割中,发生加工不良现象的70%起因于穿孔不好。为了实施稳定的穿孔,在这里对穿孔的加工特性进行说明。

2、穿孔的原理

在穿孔过程中,贯通之前加工中产生的熔融金属堆积在被加工物表面上孔的周围。从发光后对被加工物表面加热过程,到缓慢加热进行穿孔作用,直至最后的贯通是连续进行的。这个方法,如果板件厚度大于9.Omm,则穿孔时间就会急剧增加,但是孔径约为0.5mm,

比切口窄,热影响也小。因此,如果增加加工能力,加大输出能量,熔融金属就很难全部从孔径上部排出,出现过度燃烧现象。CW条件是在被加工物表面的略微上方设定焦点位置,增大加工孔径,迅速加热的方法。虽然出现大量熔融金属,飞散到被加工物表面上,但却大幅度缩短了加工时间。

在穿孔的孔壁上也会出现吸收激光能量的现象。在穿孔加工过程中,照射的激光在穿孔中多重反射,边被吸收边向下传播。为了缩短穿孔时间,就要补充被孔壁吸收而

激光加工在电子行业应用

被减弱的能量,即在穿孔过程中有必要增加输出功率。而且,为了减少对孔壁周围的热影响,要在增加输出功率的同时,尽可能的缩短穿孔时间,减少激光对孔壁周围的照射。

3、对付穿孔中出现缺陷的四个原则

穿孔过程中出现缺陷时,有必要对各种现象进行原因分析和找出处理方法。

(1)缺陷发生的瞬间

要确认是在穿孔的过程中,还是在穿孔结束后开始切割时发生的缺陷。如果是穿孔过程中发生的,则根据穿孔开始或者穿孔过程中条件切换时的具体情况,来修正发生问题的输出功率和气压条件。如果缺陷发生在穿孔结束之前,那是因为贯通之前切换到切割条件,有必要延长穿孔时间。

如果切割开始时发生加工缺陷的现象,那是因为在孔的表面周围堆积的熔融金属部位难以通过,所以有必要在开始位置设定脉冲条件或低速条件。

(2)缺陷产生的位置

如果在加工平台的特定位置,集中出现穿孔缺陷,那是因为激光光轴和喷嘴中心偏离。这需要调整光路偏离。

如果穿孔位置过于集中或者是在切割线路的附近进行穿孔,由于加工位置温度过高,也会造成穿孔缺陷。

图3-3是将厚12.Omm的SS400板件作为被加工物,材料温度从常温变化到200℃,调查与加工缺陷之间关系的结果。数据是表示在各温度条件下进行50次穿孔,穿孔缺陷和切割缺陷的发生比例。温度越高,缺陷的发生率就越大。因此有必要研究加工顺序,改善程序尽量沿着尚未过热的线路进行穿孔和切割。

(3)发生穿孔不良的时间

随着加工时间的推移,加工不良的发生次数只见增加不见减少时,其原因可能是发振器故障引起的输出功率变动。如果增加冷却时间就能恢复的话,其原因可能是光学部件热透镜的作用引起的。这种情况下就需要维修光学部件,并与供应商联系。

(4)发生穿孔不良的材料

对于发生穿孔不良的材料,要确认过去是否进行过良好加工,确认记录很重要。如果有过去加工的记录,就不需要调整加工条件,可以认定是加工机和光学部件的缺陷,进行检查找出原因。

4、适当的穿孔条件

被加工物的厚度越厚,穿孔时间在整体加工时间中所占的比例就会增加,对缩短穿孔时间的要求就会提高。对穿孔时间缩短有效的加工条件参数是脉冲峰值输出功率和脉冲波形及平均输出功率。

5、防止在对不锈钢进行穿孔时出现须状物

在切割不锈钢时,孔表面周围会留下飞散须状的金属熔渣,在镜面及条纹表面材料上会出现划伤。而且,须状金属熔渣与静电感应式加工头的喷嘴发生接触时,会出现对焦异常的报警。根据板件的薄厚程度,其相应的处理方法也不同,图3-6表示了其处理措施。图3-6a是板厚1.Omm的不锈钢穿孔结果,脉冲频率越大,金属熔渣就越少。图3-6b是板厚6.Omm的穿孔结果,设定的辅助气体压力高,就可减少金属熔渣。

6、高反射材料穿孔时的注意事项

在切割铜、纯铝等高反射材料时,需要在被加工物表面涂抹光束吸收剂。光束吸收剂不仅有提高加工能力的效果,而且从安全的角度上也有抵制反射的作用。加工条件需要降低脉冲频率,提高脉冲峰值的每1个脉冲能量。而且通过增大气体压力,使熔融金属挤入板件内部,提高加工能力的效果。

7具体应用

一、在服装行业的应用

因为激光加工工艺具有自动化程度高、加工精确高、速度快、效率高、操作简单方便等特点,适应了国际服装生产技术潮流所以激光加工技术以及设备正在以惊人的速度在服装行业内得到推广和普及。

1、激光切割应用

激光切割过程中,不会使布料变形或起皱,激光切割尺寸精度高,激光切割形状可随着图稿进行任意更改,增加了设计的实用性和创造性。另外,激光切割技术是用“激光刀”代替金属刀,激光切割任何面料,能瞬间将切口熔化并凝固,缝隙小、精确度高达到自动“锁边”的功能。传统工艺用刀模切割或热加工,切口易脱丝、发黄、发硬。

2、激光雕刻应用

激光雕刻是利用软件技术,按设计图稿输入数据进行自动雕刻。激光雕刻是激光加工技术在服装行业中运用最成熟、最广泛的技术,能雕刻任何复杂图形标志,还可以进行射

穿的镂空雕刻和表面雕刻,从而雕刻出深浅不一、质感不同、具有层次感和过渡颜色效果的各种图案。

3、激光打标应用

激光打标具有打标精度高、速度快、标记清晰等特点。激光打标兼容了激光切割、雕刻技术的各种优点,可以在各种材料上进行精密加工,还可以加工尺寸小且复杂的图案,激光标记具有永不磨损的防伪性能。

激光加工在电子行业应用

二、在电子工业中的应用

激光加工技术属于非接触性加工方式,所以不产生机械挤压或机械应力,特别符合电子行业的加工要求。另外,还由于激光加工技术的高效率、无污染、高精度、热影响区小,因此在电子工业中得到广泛应用。

1、激光划片

激光划技术是生产集成电路的关键技术,其划线细、精度高(线宽为15-25μm,槽深

5-200μm)、加工速度快(可达200mm/s),成品率达99.5%以上。集成电路生产过程中,在一块基片上要制备上千个电路,在封装前要把它们分割成单个管芯。传统的方法是用金刚石砂轮切割,硅片表面因受机械力而产生辐射状裂纹。用激光划线技术进行划片,把激光束聚焦在硅片表面,产生高温使材料汽化而形成沟槽。通过调节脉冲重叠量可精确控制刻槽深度,使硅片很容易沿沟槽整齐断开,也可进行多次割划而直接切开。由于激光被聚焦成极小的光斑,热影响区极小,切划50μm深的沟槽时,在沟槽边25μm的地方温升不会影响有源器件的性能。激光划片是非接触加工,硅片不会受机械力而产生裂纹。因此可以达到提高硅片利用率、成品率高和切割质量好的目的。还可用于单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的划片以及硅、锗、砷化稼和其他半导体衬底材料的划片与切割。

2、激光微调

激光微调技术可对指定电阻进行自动精密微调,精度可达0.01%一0.002%,比传统方法的精度和效率高,成本低。集成电路、传感器中的电阻是一层电阻薄膜,制造误差达上15一20%,只有对之进行修正,才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑,能量集中,加工时对邻近的元件热影响极小,不产生污染,又易于用计算机控制,因此可以满足快速微调电阻使之达到精确的预定值的目的。加工时将激光束聚焦在电阻薄膜上,将物质汽化。微调时首先对电阻进行测量,把数据传送给计算机,计算机根据预先设计好的修调方法指令光束定位器使激光按一定路径切割电阻,直至阻值达到设定值,同样可以用激光技术进行片状电容的电容量修正及混合集成电路的微调。优越的定位精度,使激光微调系统在小型化精密线形组合信号器件方面提高了产量和电路功能。

3、激光打标

激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下永久性标记的一种打标方法。激光打标有雕刻和掩模成像两种方式:掩模式打标用激光把模版图案成像到工件表面而烧蚀出标记。雕刻式打标是一种高速全功能打标系统。激光束经二维光学扫描振镜反射后经平场光学镜头聚焦到工件表面,在计算机控制下按设定的轨迹使材料汽化,可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫

米到微米量级,激光标记是永久性的,不易磨损,这对产品的防伪有特殊的意义。已大量用在给电子元器件、集成电路打商标型号、给印刷电路板打编号等。紫外波段激光技术发展很快,由于材料在紫外波激光作用下发生电子能带跃迁,打破或削弱分子间的结合键,从而实现剥蚀加工,加工边缘十分齐整,因此在激光标记技术中异军突起,尤其受到微电子行业的重视。

8行业分析

激光应用于材料加工,被誉为制造技术的革命。据中国光学会资料,中国激光加工产业发展迅猛,总产值已经从1999年的1.6亿元人民币增加到2003年的12亿元。但从整体实力上看,中国对高功率激光切割技术和成套设备的应用还处于初级阶段,美国投入使用的激光切割机有25000台,而中国仅有600余台。

华中科技大学激光研究专家朱晓说:“没有掌握核心技术,造成采购成本过高,是中国高档激光器、激光成套设备市场长期被国外产品占领的主要原因。”他举例说,如激光切割设备,虽然过去中国产的每台售价才170万元人民币,远低于进口货70万美元的价格,但切割性能不能满足高水平加工的需要,因此中国激光切割设备大部分是进口货。

此次武汉华工激光公司制造的第二代大型激光切割机与正在批量制造的第一代国产化产品相比,切割速度、切割质量和安全稳定性能都有了很大提高。此外,第三代大型激光切割机产品的研发工作正在顺利进行,样机将于2005年初问世。

朱晓表示,自20世纪90年代末至今,中国激光加工设备的工艺技术和制造水平有了重大突破,关键光学器件实现国产化,数控技术也有了大幅提高,加上通过引进吸收海外先进技术,中国造尖端激光加工设备在质量、功能、稳定性等方面与国际知名品牌的差距已逐渐缩小。

调查统计结果显示,我国已有200余家激光相关企业,主要分布在湖北、北京、江苏、上海和广东(含深圳、珠海特区)等经济发达省市,这些地区的年销售额约占全国激光产品市场总额的90%。已基本形成以上述省市为主体的华中地区、环渤海、长江三角洲、珠江三角洲四大激光产业群。随着激光加工设备行业竞争的不断加剧,大型企业间并购整合与资本动作日趋频繁,国内优秀的激光加工设备企业越来越重视对行业市场的研究。

本报告利用前瞻资讯长期对激光加工设备制造行业市场跟踪搜集的一手市场数据,采用国际先进的科学分析模型,全面而准确的为您从行业的整体高度来架构分析体系。报告主要分析了中国激光加工设备行业的生产与发展;激光加工设备行业当前的市场环境与企业竞争力;激光加工设备行业的发展状况及进出口市场;激光加工设备行业的竞争格局、竞争趋势;激光加工设备行业细分产品市场发展状况;激光焊接专利技术分析;激光加工设备市场的领先企业经营状况;激光加工设备行业的发展趋势与前景预测。同时,佐之以全行业5年全面详实的一手连续性市场数据,让您全面、准确地把握整个行业的市场走向和发展趋势。

9发展现状

激光已广泛应用于工业生产、通讯、信息处理、医疗卫生、军事、文化教育以及科研等方面。据统计,从高端的光纤到常见的条形码扫描仪,与激光相关产品和服务的市场价值高达上万亿美元。我国激光产品主要应用于工业加工,占据了40%以上的市场空间。

激光加工已经或正在进入各工业领域。

2011年,激光应用各领域的增长同比有所放缓,但在智能手机、平板电脑、3D电视、触摸屏、LED及TFT LCD等产品的带动下,娱乐及显示市场成为行业新的增长点。

2005年至2011年间,我国激光加工设备的增长较快,年均增速超过20%,远高于世界激光加工设备年均增长率。2008年后,在调结构、拉动内需等措施的刺激下,我国激光在铁路机车、工程机械、军工、新能源等行业应用获得大幅增长。

据前瞻网《2013-2017年中国激光加工设备制造行业领先企业与竞争格局分析报告》调查数据显示,2009年,我国激光加工设备行业规模达到46亿元,2010年突破55亿元,2011年约为60亿元,激光加工设备市场呈现出稳定、高速增长的态势。预计“十二五”期间,我国激光加工设备行业市场规模年均增速将超过20%,市场规模将有望突破130亿元。

激光加工设备行业的发展对促进科学技术的发展和进步、推动对传统工业改造升级和加速国防技术的现代化发挥了积极的作用。

10安全防护措施

1、为避免发生各种伤害,首先对激光加工设备采取必要的防护措施。这些措施主要包括以下方面。

(1)激光加工设备要可靠接地,电器系统外罩的所有维修门应安装有连锁装置,电器外罩应设置相应措施一边在进入维修门之前使内部的电容器组放电。

(2)激光加工设备应有各种安全措施,在激光加工设备上映舍友明显的危险警告标志和信号,如“激光危险”“高压危险”等字样。

(3)激光加工的光路系统应尽可能全部封闭,如使激光在金属管中传递,以防止对人体的直接照射造成伤害。

(4)如果激光加工的光路系统不可能全封闭,则光路应设在较高的位置,使光束在传递过程中避开人的头部,让激光从人的高度以上通过。

(5)激光加工设备的工作台应采用玻璃等防护装置屏蔽,以防止激光的反射。

(6)进行激光加工的场地也应设有明显的安全标志,并设置栅栏、隔墙、屏风等,防止与工作无关人员误入危险区。[4]

2、对人身的保护

(1)对于激光切割机的防护设备典型的就是激光防护镜,因为防止激光对人眼损伤的防护镜,按其防护原理可分为反射式、吸收式、衍射式和复合式等几种,当然,他们都会根据激光切割机的激光辐射波长进行过滤防护,达到对人体的激光切割机激光的保护,这也是

市场上较为安全方便的激光切割机的防护设备。

(2)人体如果有了足够的健康程度,对于激光切割机的稍微辐射是可以抵御的。所以激光切割机操作人员要注意酌情多吃一些胡萝卜、豆芽、西红柿、瘦肉、动物肝等富含维生素A、C和蛋白质的食物,经常喝些绿茶等等。因为这些食物都能帮助人类较好的保护眼睛,让人体能够在激光切割机辐射的条件下,较好的保护人体。

激光微技术

1987 年美国科学家提出了微机电系统(MEMS)发展计划,这标志着人类对微机械的研究进入到一个新的时代。目前,应用于微机械的制造技术主要有半导体加工技术、微光刻电铸模造(LIGA)工艺、超精密机械加工技术以及特种微加工技术等。其中,特种微加工方法是通过加工能量的直接作用,实现小至逐个分子或原子的去除加工。特种加工是利用电能、热能、光能、声能、化学能等能量形式进行加工的,常用的方法有:电火花加工、超声波加工、电子束加工、离子束加工、电解加工等等。近年来发展起来一种可实现微小加工的新方法:光成型法,包括立体光刻工艺、光掩膜层工艺等。其中利用激光进行微加工显示出巨大的应用潜力和诱人的发展前景。 2 常用激光微加工技术 激光微加工技术具有非接触、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点[1]。实际上,激光微加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了微型机械的快速成型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。在微机械制造中采用的激光微加工技术有两类:1) 材料去除微加工技术,如激光直写微加工、激光LIGA 等;2)材料堆积微加工技术,如激光微细立体光刻、激光辅助沉积、激光选区烧结等。 2.1 激光直写技术 准分子激光波长短、聚焦光斑直径小、功率密度高,非常适合于微加工和半导体材料加工。在准分子激光微加工系统中,大多采用掩膜投影加工,也可以不用掩膜,直接利用聚焦光斑刻蚀工件,将准分子激光技术与数控技术相结合,综合激光光束扫描与X-Y 工作台的相对运动以及Z 方向的微进给,可以直接在基体材料上扫描刻写出微细图形,或加工出三维微细结构[2]。图1 为准分子激光加工出来的微型齿轮,最小齿轮直径为50mm。目前采用准分子激光直写方式可加工出线宽为数微米的高深宽比微细结构。另外,利用准分子激光采取类似快速成型(RP)制造技术,采用逐层扫描的方式进行三维微加工的研究也已取得较好结果[3]。 2.2 激光LIGA 技术

激光清洗加工系统技术方案

4.2.制造周期.......................................................... 5.安装与服务............................................................. 5.1.安装调试.......................................................... 5.2.包装运输.......................................................... 5.3.设备验收.......................................................... 5.4.培训.............................................................. 5.5.售后服务.......................................................... 6.附件:公司介绍......................................................... 6.1.焊接系列激光器.................................................... 6.2.熔覆/淬火系列产品................................................. 6.3.激光加工头产品.................................................... 激光清洗加工系统技术方案 1.系统技术方案 1.1.方案概述 传统工业清洗方法包括机械摩擦清洗法、化学腐蚀清洗法、液体固体喷射清洗法和高频超声清洗法,尽管它们在工业清洗行业得到了广泛的应用,但在我国环境保护法规要求越来越严格和高精密器件应用越来越广泛的情况下传统清洗方法的应用受到了很大的限制。机械方法清洁度高,但易损伤基材,化学腐蚀清洗方法属于无应力清洗,但污染较重,特别是当污垢成分复杂时,必须选用多种清洗剂反复清洗才能满足表面清洁度的要求。液体固体喷射清洗灵活度较高,但相对成本较高,需要消耗大量的水及固体掺杂物,后期废液处理工作也较复杂;高频超声波清洗法尽管清洗效果不错,但对附着力强的亚微米级污粒的清洗无能为力,清洗槽的尺寸限制了被清洗工件尺寸范围,而且清洗后的干燥亦是一大难题。 激光清洗是一种高效、绿色清洗技术,相对于化学清洗,其不需任何化学药剂和清洗液;相对于机械清洗,其无研磨、无应力、无耗材,对基体损伤极小(文物字画清洗);激光可利用光纤传输引导,清洗不易达到的部位,适用范围广(核管道清洗);适用对象也比较广泛,

推荐-激光加工微孔工艺优化设计及其结构研究开题报告 精品

()开题报告 学生姓名:郑科城学号:3120707029专业:无机(光电材料) 班级:光电1202 设计()题目:激光加工微孔工艺优化设计及其结构研究教师:王云龙 20XX年3月4日

一、与本课题有关的国内外研究情况: 激光打孔是一种最早达到实用化的激光材料加工技术。激光打孔技术具有精度高,通用性强,效率高,成本低及综合技术经济效益显著,已成为现代制造领域的关键技术之一。目前,工业发达国家激光打孔主要应用在航空航天、汽车制造、电子仪表、化工等行业。用激光打孔的零部件有飞机机翼、飞机防冰系统、航空涡轮发动机燃烧室及涡轮叶片、仪表宝石轴承、集成电路基板、燃油泵、喷油嘴、过滤器、记忆装置的铁淦氧体薄片、接触透镜等。 上世纪80年代的中、后期,以美国、德国为代表的工业发达的国家己将激光加工深微孔技术大规模的应用到飞机制造业等行业。美国通用电器公司在涡轮叶片、喷嘴、外罩等打出直径为0.127~1.27mm,深度为1524mm的小孔;美国一家发动机制造厂对涡轮发动机零件进行数万个冷却孔激光加工,孔径为0.25~1.25mm在透平压缩机燃料室衬砌里加工直径为1.17~12.5mm的小孔多个,且大多数孔对工件表面成25°角;英国的一家公司用高功率的激光束精确可控的加工小孔,在0.05英寸厚的不锈钢和钦板上加工出孔径为0.025英寸的小孔35万个;原苏联基辅工学院用工业激光器在硬质合金毛坯上打中心孔,孔径为0.6~1.0mm,深度为6mm;瑞士某公司利用固体激光器给飞机涡轮叶片进行打孔,可以加工直径从20μm到80μm的微孔。 进入上世纪90年代,激光打孔朝着多样化、高速度、孔径更微小的方向发展。例如,在飞机机翼上打上5万个直径为0.064mm的小孔,可以大大减少气流对飞机的阻力,取得节油的效果。丹麦一家公司研究出高速打孔技术,在3mm厚的不锈钢材料上以65孔/秒的速度打孔,而在1mm厚的不锈钢上以100孔/秒的

激光加工光学系统

激光加工机的光学系统--激光束传输.聚焦和观察系统

激光基础知识 1.1 激光的产生 三要素:1.具有亚稳态能级的激活介质——激光工作物质; 2.能量泵浦源——提供能量以实现粒子数反转; 3.激光谐振腔——多次光放大维持激光振荡;

1.2 激光光束的特性 1)高光亮度——激光束发散角很小,光能量集中,光强度很高例如:太阳光亮度 3 x 102 W / (cm2.sr) ;气体激光器的光亮度106W / (cm2. sr);固体激光器的光亮度可达1011W / (cm2.sr); 若进一步将激光束聚焦(空间上集中)或压缩脉冲宽度(时间上集中),则激光束更有极高的光亮度 2)高方向性——由于谐振腔对光束方向的限制,激光束发散角很小。例如He-Ne 激光器的发散角10-1 mrad; 固体激光器的发散角1-10 mrad(毫弧度) 3)高单色性——激光的谱线宽度极窄——准单色光;若进一步采用稳频和选取单一纵模,更可大大压缩谱线宽度,可视为单波长。 4)高相干性——由于激光的谱线宽度极窄,传播中能产生相干的两点的时间间隔很大(时间相干性好);又激光发散角很小,方向性很高,激光束波前面内任意两点均相干(空间相干性好)

1.3激光器的输出特性 1)激光波长——激光器输出准单色光; 不同激光器输出激光波长不同,材料吸收特性各不同;对不同材料用不同的激光来加工。 2)激光输出的能量和功率 连续激光: 激光功率P = 激光能量/ 秒 脉冲激光: 峰值功率P = 脉冲能量E / 脉冲宽度T m 脉冲激光: 平均功率P=脉冲能量E x 脉冲频率f

3)激光束的空间分布特性—— 基模(TEM00)高斯光束——光场振幅按高斯函数分布; 振幅值下降到1/e(=0.368)强度下降到中心强度1/e2 的光斑宽度定义为光斑半径;对应的全角宽度定义为光束发散角; 为了改善发散角可用小孔选模,非稳腔选模,拉长谐振腔等方法 高斯光束的参数: 束腰; 等相位面; 发散角;

高端电子基板多品种高精高效制造核心装备-华南理工大学

2018年度广东省科学技术奖公示表 (科技进步奖) 项目名称高端电子基板多品种高精高效制造核心装备、关键工艺及系统集成 主要完成单位广东工业大学 大族激光科技产业集团股份有限公司深南电路股份有限公司 深圳市兴森快捷电路科技股份有限公司安捷利实业有限公司 华南理工大学 主要完成人(职称、完成单位、工作单位)1. 陈新(教授、广东工业大学、广东工业大学) 2. 崔成强(教授、安捷利、广东工业大学) 3. 刘强(教授、广东工业大学、广东工业大学) 4. 高云峰(高级工程师、大族激光、大族激光) 5. 陈云(副教授、广东工业大学、广东工业大学) 6. 万加富(教授、华南理工大学、华南理工大学) 7. 李志东(高级工程师、兴森快捷、兴森快捷) 8. 王成勇(研究员、深南电路、深南电路) 9. 曹立强(研究员、深南电路、华进半导体封装先导技术研发中心有限公司) 10. 陈庆新(教授、广东工业大学、广东工业大学) 11. 冷杰武(副教授、广东工业大学、广东工业大学) 12. 徐青松(工程师、安捷利、安捷利) 13. 曹洪涛(工程师、大族激光、大族激光) 14. 陈蓓(高级工程师、兴森快捷、兴森快捷) 15. 谷新(高级工程师、深南电路、深南电路) 项目简介电子基板被誉为“电子产品之母”,随着4G/5G通讯、超级计算、现代军事等技术迅猛发展,高密度、高多层化、柔性化的高端基板需求迫切,其制造技术成为产业高速发展的基础支撑。项目实施前,高端基板制造面临“高精度、高密度、高品质、多品种、短周期”诸多难题叠加,实现加工精度、制造品质、生产效率及差异化适应能力等制造技术的整体跨越成为行业发展的重大技术挑战。项目历经十余年的产学研攻关,在核心装备、关键工艺及系统集成等方面创新如下: 一、海量微细孔群高精高效加工技术与装备。发明了系列紫外激光扩束技术,研发了高功率皮秒紫外激光器;发明了功率/脉冲/波长等加工参数精准调控、钻头动态特性智能匹配等精细控制技术。攻克了层级材料不一、孔径/孔距/孔深不一、通/盲孔并存的孔群高精高效关键加工难题。研制的系列装备加工精度、效率(最小孔径15μm、误差3.3%, 主轴最大速度50m/min)优于国际同类(20μm、10%, 25m/min)。

飞秒激光超微细加工技术简介

飞秒激光超微细加工技术简介 摘要:本文首先简单地介绍了飞秒激光和超微细加工技术飞秒激光加工技术的技术背景,然后较为详细地介绍了飞秒激光超微细加 工技术及其特点与应用,结合飞秒激光超微细加工技术的特点 将其与其它的微机械加工技术进行了比较,最后分析飞秒激光 超微细加工技术的发展趋势和应用前景。 关键词:飞秒激光超微细加工技术飞秒激光超微细加工 Femtosecond laser micro machining technology Introduction Abstract: This paper first briefly describes the technical background of the femtosecond laser and micro machining technology and femtosecond laser micro machining technology, then a more detailed description the femtosecond laser micro machining technology and its features and applications, combined with the femtosecond laser micro machining technology will be characterized by with other micro-machining technology, the final analysis of the femtosecond laser micro machining technology trends and application prospects. Keywords:femtosecond laser micro machining technology femtosecond laser ultra-fine processing 0引言 激光(Laser,即Light Amplification by stimulated Emission of Radiation的缩写),意思是利用辐射受激得到的加强光,激光加工(Laser Beam Machining)就是把激光的方向性好和输出功率高的特性应用到材料的加工领域中去。【1】用聚焦的方法,把激光束汇聚在面积很小的一个区域,从而在该区域提供足够的热量使该区域的材料荣华或者气化从而达到机械加工的目的,显然激光加工是一种非接触式的加工,可以用于各种材料的微细加工。知道了什么是激光加工,那么飞秒激光超微细加工和普通的激光加工又有什么区别呢?

华中数控加工系统用户手册01348

三章华中数控世纪星机床面板操作 4 1 2 3 5 6 7 华中数控标准铣床、车床和卧式加工中心面板CRT显示 横排软键 操作箱 键盘 打开/关闭键盘 打开手轮 紧急停止按钮 3.1 机床准备 3.1.1 激活机床 检查急停按钮是否松开至状态,若未松开,点击急停按钮,将其松开。

3.1.2 机床回参考点 检查操作面板上回零指示灯是否亮,若指示灯亮,则已进入回零模式;若指示灯不亮,则点击按钮,使回零指示灯亮,转入回零模式。 在回零模式下,点击控制面板上的按钮,此时X轴将回零, CRT上的X坐标变为“0.000”。同样,分别再点击,,可以将Y、Z轴回零。(车床只有X , Z轴)此时CRT界面如图3-1-2-1所示 图3-1-2-1 CRT界面上的显示值 3.2 对刀 数控程序一般按工件坐标系编程,对刀的过程就是建立工件坐标系与机床坐标系之间关系的过程。 下面分别具体说明铣床及卧式加工中心,车床,立式加工中心对刀的方法。其中将工件上表面中心点(铣床及加工中心)、工件右端面中心点(车床)设为工件坐标系原点。 将工件上其它点设为工件坐标系原点的对刀方法类似。 3.2.1 铣床及卧式加工中心对刀 X,Y轴对刀 一般铣床及加工中心在X,Y方向对刀时使用的基准工具包括刚性靠棒和寻边器两种。 点击菜单“机床/基准工具…”,弹出的基准工具对话框中,左边的是刚性靠棒基准工具,右边的是寻边器。如图3-2-1-1 图 3-2-1-1 刚性靠棒: 刚性靠棒采用检查塞尺松紧的方式对刀,具体过程如下(我们采用将零件放置在基准工具的左侧(正面视图)的方式)

X轴方向对刀 点击操作面板中切换到“手动”方式; 借助“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等工具,利用操作面板上的按钮、、,将机床移动到如下图所示的大致位置。 图3-2-1-2 移动到大致位置后,可以采用点动方式移动机床,点击菜单“塞尺检查/1mm”,使操作面板按钮 亮起,通过调节操作面板上的倍率,移动靠棒,使得提示信息对话框显示“塞尺检查的结果:合适”,如图3-2-1-3所示。(表示点动的倍率,分别代表0.001毫米,0.01毫米,0.1毫米,1毫米) 也可以采用手轮方式机床,点击菜单“塞尺检查/1mm”,点击按钮,显示手轮,选择旋钮 和手轮移动量旋钮,调节手轮。使得提示信息对话框显示“塞尺检查的结果:合适”。如图3-2-1-3所示。 图3-2-1-3

三维激光切割加工

三维激光切割加工 性能参数 耗电耗材: 系统耗电:<8KW(根据选配激光器功率大小而异) 零星耗材:<0.5元/小时(包括高功率激光器水冷系统的滤芯、切割头气嘴和切割头保护镜片) 吹气费用:<6元/小时(以用纯氧辅助切割2MM内碳钢为例) 三维切割系统的技术优势: 1.因为采用了业内最高精度的史陶比尔机械手,本体较轻,切割速度快,在小弧度的精细切割和大边的高速切割方面具有明显优势,实际切割速度可以达到18米/分钟而无抖动,综合加工效率是其他品牌机械手组合的两倍,性价比高,还可以节约一组的耗材和人工,后期可以少追加设备也能满足产能要求。还可24小时持续工作。一次性投入相对较少,在一个很短的折旧期内(两班8小时工作制),史陶比尔机器人激光解决方案就可回收投资。同时能耗少,体积小,维护需求低。 2.切割精度高。采用史陶比尔专利齿轮减速系统JCS和JCM,独一无二的驱动技术,确保了无可匹敌的轨迹控制精度和速度。即使是要求极高的小圆,或复杂立体几.何图形的加工,也可精确和快速完成,从而提升您的产品品质。系统重复定位精度高达±0.05M,完全可以满足钣金件行业的精度需求。可切割直径小至2MM的小圆,切割效果圆滑美观,目测无形变和毛刺。 3.切割幅面大,实际死角小。选配臂长2.01米的机械手,除了实现直径达3米的半球形三维加工区域外,还可实现较大的二维平面切割,配合我公司配套生产的可移动工作台2.5mX5m(2m 的运动行程),可实现2mX5m的二维平面切割。 4. 根据实际需要选配离线编程软件,可读取UG,SOLIDWORK等三维作图软件导出的 vda,igs,x_t,sldprt,prt,stp,ipt,par等格式的数模,修改后直接生成切割轨迹,代替人工示教,简单易用。 5. 工业控制理念,模块化设计,全系统的防护等级为IP55,机械手防护等级更是高达IP65,系统集成度高,故障少,抗冲击振动,抗灰尘,无须光学调整或维护,真正适合于工业加工领域的应用用于恶劣的激光环境。结构坚固,动态性更佳。而其他同类产品为简单集成,设备的稳定性较差。 6.系统的工艺性和易用性较好。简单而功能强大的史陶比尔激光专用标准软件LasMAN基于Windows操作系统,用户界面简单友好,集成了机器人运动控制、激光控制、数据处理和产品管理等功能。友好的人机界面,模块化的设计,使得操作者仅需经过简单的培训即可达到系统产能最大化,同时也易于集成。这就大大降低了对操作工人的要求,降低了对工人的管理难度。

研究方向---飞秒激光微加工技术

飞秒激光微加工技术国内外的研究现状 超短、超强和高聚焦能力是飞秒激光的3大特点。飞秒激光脉宽可短至4 fs(1 fs=10-15 s)以内…,峰值功率高达拍瓦量级(1 Pw=1015w)聚焦功率密度达到1020-1022 W/cm2。飞秒激光可以将其能量全部、快速、准确地集中在限定的作用区域,实现对玻璃、陶瓷、半导体、塑料、聚合物、树脂等材料的微纳尺寸加工,具有其它激光加工无法比拟的优势:①耗能低,无热熔区,"冷"加工;②可加工的材料广泛:从金属到非金属再到生物细胞组织,甚至是细胞内的线粒体;③高精度、高质量、高分辨率,加工区域可小于焦斑尺寸,突破衍射极限; ④对环境没有特殊要求,无污染。飞秒激光微加工是当今世界激光、光电行业中极为引人注目的前沿研究方向。世界各国学者在飞秒激光与材料相互作用机理研究方面已取得重大的进展,开发出以钛宝石激光器为主的飞秒激光微加工系统,开展了飞秒激光微纳加工的工艺研究,促进了多学科的融合,推动着飞秒激光微纳加工技术向着低成本、高可靠性、多用途、产业化的方向发展。飞秒激光微加工技术将在超高速光通讯、强场科学、纳米科学、生物医学等领域具有广泛的应用和潜在的市场前景。本文旨在综述飞秒激光微加工技术国内外的研究状况,介绍飞秒激光微加工的重要应用,展望其今后的发展趋势。 1 国内外飞秒激光微加工技术研究状况 1.1飞秒激光微加工基础理论的研究 飞秒激光加工机理的研究、试验大多是探索陛的,多与长脉冲情形相比较而确定飞秒激光的烧蚀特性,在一定程度上解释了飞秒激光与物质相互作用的物理本质。目前理论研究较系统的材料有金属和透明介质。 (1)金属前苏联Anisimov SI等人于1975年第一次提出了超短脉冲烧蚀金属材料的双温模型。该模型从一维非稳态热传导方程出发,考虑到超短脉冲作用时,存在光子与电子、电子与晶格两种不同的相互作用过程,列出了电子与晶格的温度变化微分方程,即双温方程。一些学者以该模型为基础,在不同的激光脉宽下对双温方程进行约化,求得解析解"-。发现当激光脉宽远远小于晶格的受热时间时,烧蚀时间不依赖于激光脉宽。试验得到的金属铜材料的烧蚀速率与双温模型基本一致。1999 年,Falkovsky L A和Mishchenko E G基于玻尔兹曼方程和费米狄拉克配分函数提出热电子爆炸模型来描述金属材料中的超快形变。2002年,chen J K等人综合双温模型及电子爆炸模型,假定单轴应变三维高压条件,提出了一系列相关联的瞬时热弹性变形方程。数值结果表明,超短激光脉冲烧蚀过程中,非熔融态损伤占支配地位,这种非熔融态损伤的主要动力来源于热电子爆炸力。 (2)透明介质1990年,Hand D P和RusseU P St J根据K-K(Kmmers-Kronig)因果关系提

数控加工仿真系统操作说明

数控加工仿真实验指导书

数控编程仿真实验要求 一、实验目的 “数控机床加工程序编制”(简称数控编程)课程,是机械和机电等各类专业本、专科教学计划中开设的一门应用性和实践性很强的专业课程。学好本课程,不仅要掌握数控编程的基本理论知识和编程方法,更重要的是要通过一定的实践教学,在实践教学中运用所掌握的机械加工工艺知识、数控编程的理论知识、数控编程的方法编制零件加工程序,并完成对零件的数控加工。采用仿真软件在计算机上进行模拟加工,是完成这一实践教学的有效手段。因此,在各专业本、专科“数控编程”课程的教学计划中均设有“仿真实验”这一实践教学环节。其实验的目的是: 1. 熟悉并学会运用计算机仿真技术,模拟数控车床、数控铣床完成零件加工的全过程; 2. 为后续的“数控编程实训”,实地操作数控机床进行数控加工,积累和打下操作技能训练的基础。 二、实验要求 1. 熟悉并掌握FANUC 0i系统仿真软件面板操作过程; 2. 按给定车削零件图样,编制加工程序,在计算机上运用仿真软件,进行模拟加工; 3. 按给定铣削零件图样,编制加工程序,在计算机上运用仿真软件,进行模拟加工; 4. 按实验内容,编写实验报告。 三、课时安排 四、实验报告编程内容 1. 简要叙述FANUC 0i系统仿真软件面板操作过程; 2. 按给定零件图样,编制的车削加工程序; 3. 按给定零件图样,编制的铣削加工程序。 五、指导书及联系题: 1. 数控加工仿真FANUC 0i系统面板操作简介 2. 仿真加工零件图样 2010年9月修订

宇龙数控加工仿真系统实验指导书 主要内容 ?基于FANUC 0i数控加工仿真系统的基本操作方法 ?基于FANUC 0i数控车床的仿真加工操作 ?基于FANUC 0i数控铣床的仿真加工操作 ? FANUC 0i数控加工仿真实验 1 宇龙数控加工仿真系统基本操作方法 1.1 界面及菜单介绍 1.1.1 进入数控加工仿真系统 进入宇龙数控加工仿真系统3.7版要分2步启动,首先启动加密锁管理程序,然后启动数控加工仿真系统,过程如下: 鼠标左键点击“开始”按钮,找到“程序”文件夹中弹出的“数控加工仿真系统”应用程序文件夹,在接着弹出的下级子目录中,点击“加密锁管理程序”,如图1.1(a)所示。 (a) 启动加密锁管理程序(b) 启动数控加工仿真系统(c) 数控加工仿真系统登录界面 图1.1 启动宇龙数控加工仿真系统3.7版 加密锁程序启动后,屏幕右下方工具栏中出现的图表,此时重复上面的步骤,在二级子目录中点击数控加工仿真系统,如图1.1(b)所示,系统弹出“用户登录”界面,如图1.1(c)所示。 点击“快速登录”按钮或输入用户名和密码,再点击“登录”按钮,即可进入数控加工仿真系统。 1.1.2 机床台面菜单操作 用户登录后的界面,如图1.2所示。图示为FANUC 0i车床系统仿真界面,由四大部分构成,分别为:系统菜单或图标、LCD/MDI面板、机床操作面板、仿真加工工作区。 1 选择机床类型

CNC高速精密微孔钻铣床

CNC高速精密微孔钻铣床 几乎在各个生产领域的产品中都能遇到微孔,且随着产品要求的提高,不仅仅孔径更小,孔深加深,而且对孔尺寸形状精度和表面粗糙度的要求也越来越高。几年来,遇到过很多小零件上都有种微孔(如图1所示),零件本身的形体就很小,在其上还要钻出f0.10~0.80mm……的微孔。 图1 各种微孔加工 图1中的零件微孔比较典型的,材料本身亦很难加工,如又硬又粘的不锈钢,极硬的高温合金和磁性材料,质硬而脆的琥珀、玛瑙等。在这些材料零件上要钻出微孔,其难度是可想而知的。曾用激光和电火花加工过这些微孔,但因孔的精度、表面粗糙度、效率等原因,很难达到零件的设计要求。这类微孔,目前在内仍是机械加工当中的一大难题。经过多年研究,深深体会到要加工这类微孔,使用超高转速钻床钻削是最为有效的途径。 为此,经过多年研究努力,设计研制成功了具有高转速的微孔精密钻床系列(WKWGZ-42、WKWGZ-43、WKWGZ-44、WKWGZ-45、WKWGZ-46、ZS401、ZKS401等),均为国家发明专利。系列钻床上所配备的高速主轴有3种,均系无级调速。I型主轴,转速为15000~40000r/min;II型主轴,转速为15000~60000r/min,III 型主轴,转速为20000~80000r/min。 微孔高速精密钻刻铣床是系列钻床中较完善的一种,不仅可完成图1所示各种零件的钻孔功能,如换成相应的微型铣刀或金刚石铣刀,还具有微细的刻铣功能,如刻铣各种图形、网格、曲线、花纹、花边、字形和各种装饰花形等,总之,凡在微机上能画出的图形、花形图案,都能刻铣出来。 该钻床除具有高转速、微动进给和高的制造精度外,还有如下特点: 1. 除钻孔外,还具有微细的刻铣功能;工作台面采用200mm×200mm,可扩大加工工件范围;

激光焊接工艺详解

激光焊接工艺详解 随着科学技术的发展,近年来出现了激光焊接。那么什么是激光焊接呢?激光焊接的特点与优点又有哪些呢? 下图是激光焊接的工作原理: 首先,什么是激光?世界上的第一个激光束于1960年利用闪光灯泡激发红宝石晶粒所产生,因受限于晶体的热容量,只能产生很短暂的脉冲光束且频率很低。虽然瞬间脉冲峰值能量可高达106瓦,但仍属于低能量输出. 激光技术采用偏光镜反射激光产生的光束使其集中在聚焦装置中产生巨大能量的光束,假如焦点靠近工件,工件就会在几毫秒内熔化和蒸发,这一效应可用于焊接工艺高功率CO2及高功率YAG激光器的出现,开辟了激光焊接的新领域。激光焊接设备的关键是大功率激光器,主要有两大类,一类是固体激光器,又称Nd:YAG 激光器。Nd(钕)是一种稀土族元素,YAG代表钇铝柘榴石,晶体结构与红宝石相似。Nd:YAG激光器波长为1.06μm,主要优点是产生的光束可以通过光纤传送,因此可以省往复杂的光束传送系统,适用于柔性制造系统或远程加工,通常用于焊接精度要求比较高的工件。汽车产业常用输出功率为3-4千瓦的Nd:YAG激光器。另一类是气体激光器,又称CO2激光器,分子气体作工作介质,产生均匀为10.6μm的红外激光,可以连续工作并输出很高的功率,标准激光功率在2-5千瓦之间。 与其它传统焊接技术相比,激光焊接的主要优点是: 1、速度快、深度大、变形小。 2、能在室温或特殊条件下进行焊接,焊接设备装置简单。例如,激光通过电磁场,光束不会偏移;激光在真空、空气及某种气体环境中均能施焊,并能通过玻璃或对光束透明的材料进行焊接。 3、可焊接难熔材料如钛、石英等,并能对异性材料施焊,效果良好。 4、激光聚焦后,功率密度高,在高功率器件焊接时,深宽比可达5:1,最高可达10:1。 5、可进行微型焊接。激光束经聚焦后可获得很小的光斑,且能精确定位,可应用于大批量自动化生产的微、小型工件的组焊中。 6、可焊接难以接近的部位,施行非接触远间隔焊接,具有很大的灵活性。尤其是近几年来,在YAG激光加工技术中采用了光纤传输技术,使激光焊接技术获得了更为广泛的推广和应用。 7、激光束易实现光束按时间与空间分光,能进行多光束同时加工及多工位加工,为更精密的焊接提供了条件。

FANUC数控加工系统编程手册

第二十八章FANUC POWER-MATE 0 南通机床厂 车床面板操作 FANUC POWER-MATE 0 南通机床厂车床面板操作 28.1 面板说明 按钮名称功能说明 急停按钮按下急停按钮,使机床移动立即停止,并且所有的输出如 主轴的转动等都会关闭。 电源开关点击此按钮用于打开/关闭机床总电源。 模式选择 ZR28 进入回零模式,机床必须首先执行回零 操作,然后才可以运行。 JOG 进入手动模式,连续移动。 HA28DLE/S TEP 进入手轮/点动模式 EDIT 进入编辑模式,用于直接通过操作面板 输入数控程序和编辑程序。 MEMORY 进入自动加工模式。 MDI 进入MDI模式,手动输入指令并执行。 进给倍率调节数控程序自动运行时的进给速度倍率,调节范围为0~150%。置光标于旋钮上,点击鼠标左键,旋钮逆时针转动,点击鼠标右键,旋钮顺时针转动。 主轴倍率将光标移至此旋钮上后,通过点击鼠标的左键或右键来调节主轴倍率。 主轴正转/停 止/反转主轴正转/停止/反转。 循环启动程序运行开始,系统处于自动运行或MDI模式时按下有效,其余模式下使用无效。

循环保持程序运行暂停,在程序运行过程中,按下此按钮运行暂停,再按循环启动从暂停的位置开始执行。 停止运行停止运行当前程序。 手轮将光标移至此旋钮上后,通过点击鼠标的左键或右键来转动手轮。 手轮倍率在手轮方式下的移动量;X1、X10、X100分别代表移动量为0.001mm、0.01mm、0.1mm。 进给轴选择在手轮方式下,通过此旋钮来选择进给轴向。 X-/X+/Z-/Z+ X-/X+/Z-/Z+方向移动机床。 手动快速快速移动机床。 超程解除超程解除。 机床锁定锁定机床,选择后无法移动机床 空运行系统进入空运行状态,可与机床锁定配合使用。 单段按此按钮后,运行程序时每次执行一条数控指令。 跳段当此按钮按下时,程序中的“/”有效。 冷却液开关暂不支持。 刀库转动按此按钮后,可以转动刀库至需要的刀具。 暂不支持。 准备机床电源打开后,机床准备按钮会自动按下。 暂不支持。

激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用讲解

SpecialReports 2002年第3期 综述 激光微细加工技术及其在MEMS微制造中的应用LaserMicromachiningandItsApplicationintheMicrofabricationofMEMS 潘开林①②陈子辰②傅建中① (①浙江大学生产工程研究所②桂林电子工业学院) 摘要:文章综述了当前MEMS各类微制造技术,阐述了各种激光微细加工技术的原理、特点,主要包括准 分子激光微细加工技术、激光LIGA技术、激光微细立体光刻技术等,以及它们在MEMS微制造中的应用。 关键词:激光微细加工微机电系统激光LIGA1所示[5]。 表1MEMS主要微制造技术对比 技术 LIGA 1MEMS及其微制造技术概述 微机电系统(ME,,知功能和执行功能,在此基础上可开发出高度智能、高功能密度的新型系统。MEMS器件与系统未来将成为多个领域的核心,其作用与以CPU为代表的集成电路构成当今电子系统的核心一样。鉴于MEMS技术的重要技术经济潜力和战略地位,引起了世界各国的高度重视。MEMS主要是美国学者的称谓,在日本称为微机械,在欧洲称为微系统。此外,微技术在不同的学科与应用领域,还有类似的不同的专业或行业术语,如生物技术领域的基因芯片(DNA芯片)、生物芯片(Bio-Chip),分析化学领域的微全流体分析系统(uTAS)、芯 最小尺寸 +++--(+)-(+)+++ 精度 +++--(+)++-+ 高宽比粗糙度 ++-+-+++++++

++--+-++ 几何自 由度 +-++++++-- 材料范围金属、聚合物、 陶瓷金属、聚合物金属、聚合物、 陶瓷聚合物金属、半导体、 陶瓷金属、半导体非铁金属、聚合物 技术准分子激光微细立体光刻微细电火化 LCVD 金刚石片实验室(LabonChip),与光学集成形成微光机电系统(MOEMS)等。MEMS是从微电子技术发展而来,其微制造技术 注:表中++、+、-、--分别表示很好、好、较差、很差,+-表示不同应用条件下的相对效果,括号内的“+”表示最新研究有所进展。 在目前MEMS微细加工技术的研究与应用中,激光微细加工技术得到了广泛的关注与研究。激光微细加工制造商宣称激光微细加工技术具有:非接触工艺、有选择性加工、热影响区域小、高精度与高重复率、高的零件尺寸与形状的加工柔性等优点。 实际上,激光微细加工技术最大的特点是“直写”加工,简化了工艺,实现了MEMS的快速原型制造。此外,该方法没有诸如腐蚀等方法带来的环境污染问题,可谓“绿色制造”。 在MEMS微制造中主要采用的激光微细加工技术有:激光直写微细加工、激光LIGA、激光微细立体光刻等,下面分别加以介绍。 主要沿用微电子加工技术与设备。微电子加工技术与设备价格昂贵,适合批量生产。由于微电子工艺是平面工艺,在加工MEMS三维结构方面有一定的难度。目前,通过与其它学科的交叉渗透,已研究开发出以下一些特定的MEMS微制造技术。 (1)LIGA技术LIGA和准LIGA技术最大的特点是可制出高径比很大的微构件,但缺点同样突出,成本高。 (2)材料去除加工技术这类技术主要包括准分 子激光微细加工[1~4]、微细电火花加工[5]、以牺牲层技术为代表的硅表面微细加工、以腐蚀技术为主体的体硅加工技术、电子束铣、聚焦离子束铣等。(3)材料淀积加工技术这类技术主要包括激光 7] 辅助淀积(LCVD)、微细立体光刻[6、、电化学淀积等。

微孔加工

激光和激光技术 (7) 激光上釉技术对于材料改性很有发展前途,其成本低,容易控制和复制,有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术,在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。电子材料、电磁材料和其它电气材料经激光上釉后用于测量仪表极为理想。一、激光打孔的特点。 (15) 二、激光打孔的分类。 (16) 三、激光打孔设备。 (17) 四、激光打孔工艺。 (19) National Jet公司于1937年由微型钻孔技术的开拓者John Cupler 建立。多年前,一个外国钻头制造商把自己所生产的最微型钻头送给Cupler,并问他是否能生产出如此小的钻头。而Cupler先生回答他们的方式是在这个钻头上钻了个孔并将它送了回去。 这些微型小孔只有在高倍显微镜下才能看到,许多微小型钻孔的决定因素也类似于标准尺寸的钻削加工。每当对一项新任务进行评估时,National Jet公司首先必须确定最为有效的孔加工方法。这很大程度上还得根据加工零件种类、内孔直径、几何形状、尺寸精度要求和深度、加工零件的批量大小,以及原来采用的加工方法等。 装有显微镜的手控机床经常被用于科研项目、小批量生产或只需要极少数的微小孔加工。一些致力于微小孔加工机床开发的制造商,大多提供是手控式机床,这一加工方法要追溯到上世纪的三十年代。其它的尽管已经用CNC工作台加以改造,但仍然保持着用手工控制钻头的进给,手动进给这样的微小直径钻头,需要熟练的工人进行手工感觉。National Jet公司已经总结的许多微小孔钻削的经验。“我们的熟练的工人操作者事实上都能由‘感觉’确认微小型钻头是否已

激光清洗加工系统技术方案讲解

目录 1. 系统技术方 案 ........................................................................................................................................... .......... 3 1.1. 方案概 述 ........................................................................................................................................... ...... 3 1.2. 主要设备配 置 ......................................................................................................................................... 4 主要设备介 绍 ........................................................................................................................................... .......... 6 2.1. 激光 器 ........................................................................................................................................... .......... 6 2.2. 光纤系统及加工 头 ................................................................................................................................. 7 2.3.

激光加工系统的组成及其特性激光加工机床如激光打孔机和激光切割(20200517102623)

激光加工系统的组成及其特性 激光加工机床如激光打孔机和激光切割机除具有一般机床所需有的支承构件、运动部件以及相应的运动控制装置外,主要应备有激光加工系统,它是由激光器、聚焦系统和电气系统三部分组成的。 1.激光器 激光器由激光光源、光泵、聚光器和谐振腔组成,应用于加工的激光器主要有: (l)固体激光器具有稳定性好的特点,但能量效率低一般<3%,由于输出能量小,主要用于打孔 和点焊及薄板的切割。(掺钕钇化铝石榴石)等作为工作物质。YAG是固体激光中能发出最大功率的离子 激光。YAG的结晶母材是由钇、铝和石榴石构成的,其中微量的钕离子刚起激光作用。YAG的激光波长为 1.06μm,相当于二氧化碳气体激光坤长的1/10。它的绿色的激光束可在脉冲或连续波的情况下应用,具 有波长短、聚光性好适于精密加工特别是在脉冲下进行孔加工最为有效,也可用于切削、焊接和光刻等。 且由于聚光性好,可通过光导纤维传格能量,适用于内腔加工等特定切合,其能量效率不及CO2气体激光 源最多不超过3%,目前产品的输出功率大多在600W以下,最大已达4kW。另一种红宝石激光源的波长更短为0.69μm,稳定性好,但能量效率0.1%~0.3%,主要用于打孔和点焊。 2)光泵是使工作物质发生粒子反转产生受激辐射的激励光源,因此光泵的发射光谱应与工作物质的吸 收光谱相匹配。常用的光泵有脉冲氙灯和氪灯,脉冲氙灯的发光强度和频率较高,适用于脉冲工作的团体 激光器,而氪灯的发光光谱能与YAG的吸收光谱很好匹配,是YAG连续激光器的理想光泵。为改善照射的均匀性,光泵可用双灯(如图l所示的件3有上、下两个)、三灯或四灯。 3)聚光器罩在光泵的外围,它是把光泵发生的光有效地、均匀地集中到工作物质上。聚光器中常用的 是圆柱聚光器和椭圆聚光器,也有球形、椭球和紧包形的聚光器。其要求为聚光均匀、散热好、结构简单、 内壁反射率高,表面粗糙度Rα0.04μm以下,通常聚光效率达80%。 4)谐振腔是光学反馈元件,它的作用是位光放大介质产生光振荡。其类型对激光输出能量和发散角有 很大影响,常用的平行平面谐振腔由图l中反射镜1与4组成,谐振腔的长度为激光半波长的整倍数,反 射镜平行度<10"。 (2)气体激光器常用的工作物质有分子激光的二氧化碳(CO2)和离子激光的氩气(Ar),后者输 出功率为25W,它的10ns级短脉冲,使热影响区小,用于半导体、陶瓷和有机物的高精度微细加工。而CO2激光器的功率在连续方式工作时可达45kW,脉冲式可达5kW,故在加工中应用最广。 1)CO2气体激光器的波长为10.6μm,处于红外线领域,因而其激光束为不可见光。它是在氦的体积 分数约80%,氮的体积分数约15%和CO2的体积分数约5%的混合气体中进行放电形成粒子数反转的分子 激光。它的能量效率通常为5%~10%高效装置甚至可达10%~15%。CO2激光器的工作原理图如图2所示。 2)气体激光的激励虽也可用光泵的方法,但大多用直流放电(图2)或高频放电的方式。 3)诸振腔由放电管两端的镜面构成,一端是镀金凹镜,另一端是锗或砷化镓平镜,它们也兼作密封之 用。 CO2激光器的输出功率与放电管的长度成正比,低速轴流式的气体流速慢,输出功率小,约50~70W/m,但其输出功率稳定,易得到单模,一般用于百瓦级激光器。对于千瓦级的CO2激光器则采用气体循环速度 达100m/s的高速轴流式的激光器或气流及放电与激光光轴垂直的双轴直交型以及气流、放电与激光光轴三 者互相垂直的三轴直交型可达到使激光器小型化。 2. 见惯系统 其作用是把激光束通过光学系统精确地聚焦至工件上大放具有调节焦点位置和观察显示的功能。CO2激光器输出的是红外线,故要用锗单晶、砷化镓等红外材料制造的光学透镜才能通过。为减少表面反射需 镀增速膜。图3为应用于CO2激光切割机的透射式聚焦系统。图中在光束出口处装有喷吹氧气、压缩空气 或惰性气体N2的喷嘴,用以提高切割速度和切口的平整光洁。工作台用抽真空方法使薄板工件能紧贴在台 面上。

飞秒激光微细加工

飞秒激光微细加工 [文档副标题] 姓名: 学号: 班级:

飞秒激光微细加工 摘要:本文简单地介绍了微细加工技术和飞秒激光及其特点、原理,并列出几个典型的飞秒激光加工技术的应用,分析了该技术相对其他维系加工技术的优势所在,最后分析飞秒激光微细加工技术的发展趋势和应用前景。 关键词:飞秒激光微细加工技术飞秒激光微细加工 引言:随着时代发展,各种新兴的加工工艺不断出现而改变了现代加工方式,虽然其仍在发展之中,有其局限性,,但随着研究的深入,新技术的引用,而使其愈加完善。微细加工作为一种新兴的加工方式,在现代加工行业的地位愈显重要,用飞秒激光这一前沿科技进行微细加工,有其独特的优点,而成为了微细加工工艺中一个重要的分支。 1·微细加工简介 微细加工(microfabrication)是指制造微小尺寸(尺度)零件的生产加工技术。微细加工是为微传感器、微执行器和微电子机械系统制作微机械部件和结构的加工技术。他起源于半导体制造工艺,原来是只加工尺度约在微米级范围的加公方式。【1】而它现在所指的加工等级的范围已经扩展到纳米级。微细加工在半导体继承电路上的应用,使得大规模集成电路和计算机技术得到了发展,而它现在已经涉及到各种现代加工方式,特别是微机械研究和制造上已经成为了必不可少

的基础环节。 2·飞秒激光简介及其特点介绍 飞秒(femtosecond)也叫毫微微秒,是一种标衡时间长短的计量单位,1飞秒只有1秒的一千万亿分之一,飞秒激光是人类目前在实验室条件下所能获得最短脉冲的技术手段。【2】飞秒激光技术不仅可以获得超短波长的激光、产生瞬间高功率,而且可以高密度聚集而使电磁场强度比原子核对其周围电子的作用力还要高数倍,这样在短时间去除较浅深度的物质所引起的变形量就小。 飞秒激光主要特点:①超短脉冲,飞秒激光是我们人类目前在实验条件下能够获得的最短脉冲;②瞬时高功率,飞秒激光有非常高的瞬间功率,它的瞬间功率可达百万亿瓦,比目前全世界的发电总功率还要多出上百倍;③精确定位性,飞秒激光具有精确的靶向聚焦定位特点,能够聚焦到比头发的直径还要小的多的超细微空间区域。由上述特点可以看出飞秒激光在维系加工领域的前景。 3·飞秒激光的加工机理【3】 准分子激光加工的物理过程大致可分为以下几个阶段: ①自由电子吸收激光能量,运动加速;②高能量电子与原子碰撞,产生更多的自由电子,产生雪崩过程;③电子与晶格碰撞,使得晶格温度升高,并使其融化、气化和等离子体出现;④晶格之间传递能量使作用区域扩散。飞秒激光进行微加工时,其起始物理过程就是物质内部自由电子吸收激光能量。对于长脉冲,它不能迅速产生自由电子,完全依赖介质内部已经存在的自由电子,而这种自由电子的分布对小

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