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究竟是有前途還是有“錢途”,激光微加工的重新定義

發布:2022-05-05 09:55作者:www.yattendonparish.com點擊:1036次

激光微加工沒有明確的定義,但一般是指使用短脈沖和超短脈沖(USP)激光來區分微米和亞微米尺度的所有材料加工。這些過程會影響表面特性(如表面性能)或散裝材料(如微穿孔、微循環,甚至微焊接)?;跉W洲光電產業聯盟的經驗,人們對整個供應鏈中激光微加工的新發展和應用產生了極大的興趣。
硬幣行業為激光制造和集成專家帶來了許多應用和技術挑戰。加拿大皇家造幣廠是加拿大和國外錢幣行業的知名領導者,也是錢幣和獎牌收藏家。他們多年來一直使用激光技術,包括四個主要產品組。首先是在不影響9999甚至99999金的純度的情況下,對收集到的金幣進行特殊的視覺效果。通過避免使用合金,激光表面紋理直接將納米級特性應用于金表面。影響硬幣的光學性能,導致純黑色(完全吸收)、灰色或其他顏色效果。例如,同樣的方法可以應用于硬幣。 B. 將 2D / 3D 全息效果直接轉移到金幣或銀幣上。
光學特性是通過使用激光微加工在硬幣或郵票表面產生微米或納米結構來實現的。第四個應用程序支持防偽和防偽,以確保一致性和安全性,并基于上述所有技術結合專有的數字加密技術創建特殊的獨特硬幣安全性功能。加拿大皇家造幣廠認識到激光技術的潛力,并依靠激光微加工社區的支持來應對一些挑戰。
加拿大皇家鑄幣廠的另一個要求是擁有表面特性經過特別改進的硬幣。對于上述全息效果以外的通道,動態和動畫附加效果(包括灰度和顏色)的巨大好處。打擊盜版也是一個應用領域,加拿大皇家造幣廠相信激光微加工專家可以幫助改進現有措施并提高先進的安全能力。
硬幣行業可以依靠激光表面紋理來實現高級硬幣特性,例如超疏水或抗菌特性,這些特性在各個行業中變得越來越重要。
對于加拿大皇家鑄幣廠來說,激光工藝和通用視覺系統已被證明比使用 B. 噴砂等傳統方法的制造工藝更有效,以實現可能需要初步手動涂層的啞光飾面。因此,硬幣行業的需求是進一步提高表面質量和更有趣和新的表面特性。
由于其高導電性和導熱性,銅是我們這個時代最重要的金屬之一。銅用于許多不同的行業、應用和板尺寸。由于應用的數量,銅連接解決方??案的需求量很大。焊接是一種在接頭中實現高導電性和導熱性的解決方案,但同時高導熱性會使焊接過程復雜化。
激光焊接在大批量生產中非常好,達到相對較高的強度,其次是銅的高導熱性。另一方面,銅對典型激光能量源的波長(波長 900 至 1080 nm)具有相對較低的吸收系數。這需要更高的光束強度,這意味著與焊接鋼或鋁相比,光斑尺寸更小和/或激光束功率更高。
低吸收系數并不是激光焊接銅的唯一問題。在焊接過程中會發生飛濺,尤其是在焊接速度下。由于這些噴嘴的尺寸和數量,出現了嚴重的焊接錯誤。熔融金屬的滲透可以通過蒸汽毛細管的膨脹和塌陷來解釋。
假設蒸氣毛細管的不穩定性與材料的特定性質有關,例如 B. 所使用的激光輻射的高導熱性和低吸收層,導致光束與工件的相互作用更廣泛。吸收激光輻射。使用熔點和沸點而不是區域也有助于降低激光束焊接過程的穩定性,因為材料會突然變成液體并冒煙。
由于這些屏障,在工業應用中可以實現相對較低的穿透深度。迄今為止,工業應用所需的工藝可靠性主要僅通過非常高的焊接速度來保證,這導致熔深低、所需的激光功率高以及快速精確的定位。
盡管存在障礙,但由于其高效率,許多研究小組已經進行并繼續進行研究以提高 LBW 聚合工藝的性能。大多數研究都集中在通過使用最佳光束質量的激光能源來增加激光束的強度,以實現非常小的聚焦直徑(單模光纖激光器),無論是通過功率調制還是通過使用激光器。不同的波長(約 500)。納米綠色)。激光),銅更好地吸收這些激光。目前的研究表明,在焊接速度為 2m/min (10kW) 和 4m/min (16kW) 時,增加激光功率可以防止焊接飛濺。本文研究的目的是尋找另一種提高工藝穩定性和防止焊接飛濺的方法。已經表明,對于鋼材(非合金和合金),氣壓下降會導致工藝穩定,尤其是在低焊接速度下。在這項研究中,嘗試使用可變工藝來焊接銅板。
真空激光焊接(LaVa)
自 2010 年以來取得了顯著成果,這一年繼續研究使用創新半導體激光器減少負載對環境的影響。在較慢的焊接速度下,壓降大大提高了工藝穩定性并顯著改變了焊縫的內部幾何形狀??梢燥@著提高焊縫的質量和滲透性。這種強烈影響的主要原因被認為是金屬蒸汽屏障的去除、沸點的降低和大氣壓力對蒸汽毛細管形成的影響的降低。
對于非合金鋼,厚度為 50 mm 的板材可以進行單面焊接。已經開發了用于焊接高合金鋼、鎳基和鈦基合金的方法,用于厚度為 30-40 毫米的單相焊接。另一方面,該技術適用于對連續穿透深度、密度、孔隙率或減少飛濺有最高質量要求的應用。
銅的真空激光焊接
LBW 工藝的抽吸需要真空室和泵送系統。與電子束焊接相比,合理的真空度(0.1-10 hPa)就足夠了。因此,只需要一個泵級,就可以使用相對穩定的無油泵。與激光功率、組件或光束處理以及機器控制的基本成本相比,真空室的額外成本很小。所有必要的成分都可以在市場上買到。
大多數系統都配備了外部焊接光學元件。其中一個重要部分是保護窗口,它允許激光束進入房間并保護它免受過程損失。借助合適的系統(由 ISF Optishield 開發),窗套的使用壽命可延長至每件超過 1,000 臺焊接機。賓塔納。通過與工業合作伙伴的密切合作,為工業應用開發了兩種 Lava 焊接概念。
提出的研究使用了一種多功能固態激光器(TruDisk 16002 磁盤激光器)。焊接光學元件 (Precitec YW 52) 的點直徑為 0.3 mm(光纖直徑 200 μm)。它們允許激光束在焊接方向或垂直于焊接方向振蕩。在焊接非合金鋼和高合金鋼時,LaVa 已被證明可以在 0.2-1 m/min 的低焊接速度下穩定焊接過程。由于表面上的飛濺物很少,它對孔隙率有積極影響,并且焊縫幾何形狀(尤其是熔深)得到顯著改善。
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