1、前言
rz+G]J @& #df 二氧化碳
激光器是目前連續(xù)輸出功率較高的一種激光,它發(fā)展較早,商業(yè)產(chǎn)品較為成熟,被廣泛應(yīng)用到材料加工、醫(yī)療使用、軍事武器、環(huán)境量測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。在激光的發(fā)展和應(yīng)用方面,CO2激光器的制作和應(yīng)用較早也較多,早在1970年代末期,就有從國(guó)外直接進(jìn)口CO2激光器,從事工業(yè)加工和醫(yī)療等應(yīng)用。從80年代末期開(kāi)始,CO2激光器被廣泛引進(jìn)并應(yīng)用在在材料加工領(lǐng)域。
*%(8z~(\ 1C+Y|p?KA 近年來(lái)CO2激光加工設(shè)備雖然漸趨普及,但激光畢竟是一種新的工具,
激光加工技術(shù)亦不同于傳統(tǒng)的加工方法,所以工業(yè)界在引進(jìn)使用CO2激光器的過(guò)程中,曾經(jīng)遇到各種各樣的問(wèn)題,給很多廠(chǎng)商造成不少困擾。本文針對(duì)CO2激光器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用狀況及其演變作以分析,并提出在使用CO2激光器過(guò)程中,常面臨的一些問(wèn)題,按照CO2激光器功率大小分類(lèi),闡述其在各個(gè)產(chǎn)業(yè)上的應(yīng)用狀況及演變情況,列舉CO2激光應(yīng)用者會(huì)面對(duì)的主要問(wèn)題并加以分析,最后對(duì)CO2激光應(yīng)用的未來(lái)提出展望。
J]i=SX+ 9 9'3%%o 2、工業(yè)CO2激光應(yīng)用與發(fā)展
u7G@VZ Ux5 XyJ*>;q 為了比較詳細(xì)完整的介紹CO2激光加工的應(yīng)用狀況,按其使用成本,本文以激光輸出功率范圍(小于200瓦,介于200到1600瓦間和大于1600瓦以上)作為劃分標(biāo)準(zhǔn),逐一介紹它在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用情況。
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2p3 2.1 低功率(小于200瓦)CO2激光的應(yīng)用
<aa#OX dgpo4'c} 早期進(jìn)口和制造的CO2激光機(jī)器,均為小于200瓦的低功率
激光器。主要為電子工業(yè)(如電阻制造、IC標(biāo)志)、非金屬加工業(yè)(竹木雕、服飾、制鞋、飾品制造等)和部份醫(yī)療和研究單位所使用。
3B/ GcltfM NuI9"I/ 將CO2激光束透過(guò)一個(gè)光罩,聚焦于IC或
半導(dǎo)體組件上作標(biāo)志,這種CO2激光主要皆為T(mén)EA脈沖式。但隨著標(biāo)志加工速度的要求越來(lái)越快,加工品質(zhì)的要求越來(lái)越高,以及固體激光的快速發(fā)展,最近新引進(jìn)的標(biāo)志加工用激光,已逐漸被固體的YAG激光所取代。
;%2/ 7{f&L' 用鏤空的銅模罩住要雕刻的非金屬材料,然后用CO2激光束在銅模上作快速掃瞄,即可在該材料上雕刻出復(fù)雜的圖案。雕刻對(duì)象為木材、壓克力、皮革和紙張等,另外也可以應(yīng)用到雕刻特有的手工藝品,如竹片雕刻、軟木浮雕、貝殼浮雕等。最近幾年已轉(zhuǎn)型用密封式CO2激光,直接以?huà)呙檎耒R作少量多變化的禮品雕刻,以提高產(chǎn)品的附加價(jià)值。
1g9Qvz3 sR,]eo<p& 成衣和制鞋業(yè)曾經(jīng)引領(lǐng)風(fēng)騷十?dāng)?shù)年,也是引進(jìn)國(guó)外或采用自產(chǎn)的低功率CO2激光加工較早的成功典型,主要是以50瓦激光來(lái)裁切制衣服用的馬克板和鞋子樣板,僅用于開(kāi)發(fā)或少量多樣的生產(chǎn),故數(shù)量有限。也有少數(shù)150瓦左右的CO2激光直接作皮衣、皮件等生產(chǎn)用。另外計(jì)算機(jī)刺繡業(yè)有以激光配合
CCD取樣,直接將刺繡在一大張上的眾多圖案一一裁下。但是隨著兩種產(chǎn)業(yè)的外移和萎縮,CO2激光器在這方面的應(yīng)用也沒(méi)有增加。而采用低功率CO2激光來(lái)裁切家具或飾品上的裝潢用薄樹(shù)皮持續(xù)增長(zhǎng),主要結(jié)合造型設(shè)計(jì)和后段生產(chǎn),附加價(jià)值較高。
qu BTRW9 8#'<SB 由于國(guó)外CO2激光的發(fā)展很快,小功率的CO2激光采用密封式結(jié)構(gòu),且品質(zhì)越來(lái)越好,因此,除了上述加工業(yè)外,進(jìn)口的其它應(yīng)用系統(tǒng)里也有許多此類(lèi)的CO2激光器,用在穿孔、印刷業(yè)刻板、快速成型、鏡片上打商標(biāo)和陶瓷基板加工等方面,其應(yīng)用潛力不小。
0F=UZf& eS fT+UL 輸出200瓦以下的CO2激光器在一些非金屬薄材料切割方面綽綽有余,除上述業(yè)者較常使用外,其實(shí)仍有很多產(chǎn)業(yè)界的特殊材料皆可考慮以激光加工取代,如建筑業(yè)的壓克力模型制作,結(jié)婚相簿封面的硬版圖樣,其特點(diǎn)是是小而復(fù)雜,但均可以CO2激光來(lái)作裁切。云母薄板的裁切﹑防彈衣內(nèi)纖維布的裁切﹑耐龍安全帶的裁切,還有其它一些特殊材料如:FRP、ABS、特弗龍、石棉和橡膠等的裁切,國(guó)外都有采用激光加工的先例,只是需要特別注意切割時(shí)所產(chǎn)生氣體的排放問(wèn)題。
AuUT 'E@E nlXg8t^G 2.2 中高功率(200瓦-1600瓦)CO2激光的應(yīng)用
%Fq"4% A=!&2( 中高功率激光,是目前CO2激光加工設(shè)備的主流,主要用于鈑金代工業(yè),也有少部份機(jī)器為工廠(chǎng)自行使用的生產(chǎn)設(shè)備。目前此類(lèi)激光機(jī)器近三分之一皆為最近引進(jìn),可見(jiàn)此類(lèi)功率的CO2激光正處于快速成長(zhǎng)階段。中高功率CO2激光設(shè)備最主要的應(yīng)用,就是作鈑金切割,大部分以代工的形式經(jīng)營(yíng)。加工對(duì)象廣,加工種類(lèi)多,以下介紹幾種應(yīng)用較多或特殊的例子。
B)/X:[ Htl6Mr*{ 2.2.1木刀模業(yè)
2\l7=9 ]\3 %!%3jo0t 以CO2激光在木板上切割出寬度約0.6mm的各種復(fù)雜重復(fù)圖形的溝槽,然后再裝上鋒利的刀片,制成軋型
刀具,這是裁切所有包裝紙盒、
塑料射出成型、保麗龍用具和軟性電路板等制作過(guò)程中很重要的一環(huán),應(yīng)用前景看好。
5tHv'@ (G<"nnjK 2.2.2各種機(jī)器零部件切割
[ik D4p= &>0=v 機(jī)器的各式各樣零部件,在某個(gè)厚度以上或形狀較為復(fù)雜,其實(shí)都可以用激光加工來(lái)取代傳統(tǒng)的加工方式,雖然可能加工成本會(huì)高一點(diǎn)(有些不一定),但可節(jié)省很多人力,并提高產(chǎn)品質(zhì)量。
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