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激光精密加工有哪些应用

目前,我国传统的制造业正面临深度的转型升级,高附加值、高技术壁垒更的高端精密加工是其中的一个重要方向。随着高精密加工需求的增加,相关的精密加工技术也随着快速发展,其中激光技术在市场上获得越来越多的认可。

激光加工技术按照加工材料的尺寸大小和加工的精度要求为三个层次:以中厚板为主的大型件材料激光加工技术,加工精度一般在毫米或者亚毫米级;以薄板为主的精密激光加工技术,其加工精度一般在十微米级;以厚度在100μm以下的各种薄膜为主的激光微细加工技术,其加工精度一般在十微米以下甚至亚微米级。今天我们主要介绍精密激光加工。

激光精密加工可分为四类应用,分别是精密切割、精密焊接、精密打孔和表面处理。在目前的技术发展与市场环境之下,激光切割、焊接的应用更为普及,3C电子、新能源电池则是当前应用最多的领域。

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激光精密切割

激光精密切割是利用脉冲激光束聚焦在加工物体表面,形成一个个高能量密度光斑,以瞬间高温熔化或气化被加工材料。其加工特点是速度快,切口光滑平整,一般无需后续加工;切割热影响区小,板材变形小:加工精度高,重复性好,不损伤材料表面。

手机屏幕

苹果手机显示屏

与大功率激光切割相比,精密切割一般根据加工对象采用纳秒、皮秒激光,能够聚焦到超细微空间区域,同时具有极高峰值功率和极短的激光脉冲,在加工过程中不会对所涉及的空间范围的周围材料造成影响,从而做到了加工的“超精细”。在手机屏幕切割、指纹识别片、LED隐形划片等对精密程度要求较高的生产工艺中,激光精密切割技术有着无可比拟的优势。

激光精密焊接

激光精密焊接是将高强度激光束辐射至加工产品的工作区域上,通过激光与材料的相互作用,快速的让被焊地方形成一个多密度聚集的热源区,热能让被焊物区域熔化之后冷却结晶形成巩固的焊点或焊缝。其特点是不需要电极和填充材料,属非接触式焊接。可对高熔点难熔金属或不同厚度材料进行焊接。

在新能源电池领域,随着新能源汽车的推广,动力电池的需求持续高增。激光焊接作为动力电池领域的焊接标配,在前段的极耳焊接,中段的底盖、顶盖、密封钉的焊接,后段的电池连接片、负极封口焊接等均有广泛应用。而在3C领域,手机各类模组、中板盖板等,均离不开激光精密焊接技术。

激光精密打孔

激光精密打孔是将光斑直径缩小到微米级,从而获得高的激光功率密度,几乎可以在任何材料实行激光打孔。其特点是可以在硬度高、质地脆或者软的材料上打孔,孔径小、加工速度快、效率高。

PCB打孔

PCB打孔样品

激光打孔在PCB行业应用最为广泛,与传统的PCB打孔工艺相比,激光在PCB上不仅加工速度快,还可实现传统设备无法实现的2μm以下的小孔、微孔及隐形孔的钻孔。而在电子产品表面,也可用于手机扬声器、麦克风及其他玻璃上的钻孔。

激光表面处理

激光表面处理是利用高功率密度的激光束对金属进行表面处理,可以对金属实现相变硬化、表面非晶化、表面合金化或使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而改变金属材料的表面特性。其特点是无需使用外加材料,仅改变被处理材料表面层的组织结构,被处理件变形极小,适合于表面标记和高精度零件处理。

激光表面处理可根据是否改变基材成分分为两类。不改变基材成分的应用有激光淬火(相变硬化)、激光清洗、激光冲击硬化和激光极化等,改变基材成分的则包括激光熔覆、激光电镀、激光合金化和激光气相沉积等应用。

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