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  • 激光光束整形的创新应用

    作者:佚名 来源:激光世界 时间:2021-03-28 23:23 阅读:962 [投稿]
    为了确保足够的生产率和最佳的加工质量,激光光束整型可以最大限度地提高加工效率。

    微激光钻孔

    微激光钻孔是工业中最常见和最常用的激光加工之一。各种各样的激光光源类型可以处理各种材料(金属、陶瓷、半导体、聚合物和有机材料等),具有前所未有的可重复性、准确性和速度。微钻孔在许多行业中都很突出,例如汽车、航空航天和电子,甚至激光手术和食品行业。例如,该工艺能够将高纵横比钻孔降至微米级,最近已为汽车行业开发了新的喷嘴,将发动机燃油效率提高到30%。

    超短脉冲激光

    钻更小的孔、提高钻孔速度、提高孔的精度和质量,以及降低工艺的能耗,导致对提高工业加工的产量和质量的不断需求。这符合新的特定需求,带来新的激光钻孔技术的正常发展。最新的主要创新之一,是使用所谓的超短脉冲激光(USP)微加工工具。

    超短脉冲激光器通常以高重复频率(有时每秒超过十万个脉冲)提供短而强的光脉冲。这些激光器的突出特点,是它们可以在极短的时间内,大约一皮秒(10-12秒)到几十飞秒(10-15秒),集中脉冲的发光强度。每个脉冲都带有一定量的能量,但其短促性使其能够获得相当高的峰值功率(高达几十瓦)。

    对于USP激光,脉冲是如此短而且有能量,以致它们几乎瞬间去除被照射的材料。这些激光器的超短脉冲不会像更常规的激光那样,通过能量被吸收为热量来移除材料,而是在没有热效应的情况下导致物质的电离。这种效应被称为冷烧蚀,允许最小的内部应力、裂缝、毛刺和其他通常由吸热引起的缺陷。2USP激光可以每秒快速钻高达数千个孔,7直径小于任何其他工艺(几微米;见图1)。此外,由于该工艺对加工材料的后处理很少或几乎不需要,因此高速激光器可以以较低的成本提供高生产率,4并且越来越紧凑和经济的商用USP激光的可用性,证明了它们用于越来越多的工业应用。


    图1.由飞秒激光脉冲钻出的燃料喷射头孔

    激光光束整形

    然而,为了真正最大化该加工的有效性、质量、分辨率和效率,有必要应用适合于给定应用的激光光束整形技术。激光光束自然具有不均匀的横向能量分布(见图2),这可能导致不必要的能量损失、不准确性和钻孔不规则性。材料的类型、孔的参数、钻孔的质量和生产率都是需要考虑的因素,并且需要优化激光脉冲的强度在加工材料中的分布方式。


    图2.激光光束强度的不均匀分布

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