Hiện trạng và triển vọng của công nghệ gia công chính xác bằng laser

Chùm tia laze có thể được hội tụ đến một kích thước rất nhỏ, làm cho nó đặc biệt thích hợp cho Gia công chính xác. Chúng tôi chia công nghệ gia công laser hiện tại thành ba cấp độ tùy theo kích thước của vật liệu được gia công và yêu cầu về độ chính xác của quá trình gia công:

• ① Công nghệ gia công bằng laser cho các vật liệu quy mô lớn, với các tấm dày (vài mm đến hàng chục mm) là đối tượng chính và độ chính xác gia công của nó thường ở mức milimet hoặc dưới milimet;
• ② Công nghệ gia công laser chính xác, với các tấm mỏng (0.1 đến 1.0mm) là đối tượng gia công chính, và độ chính xác gia công của nó nói chung là theo thứ tự mười micrômét;
• ③ Công nghệ chế tạo vi mô bằng laser, đối với các màng khác nhau có độ dày nhỏ hơn 100μm làm đối tượng gia công chính, độ chính xác gia công của nó nói chung là dưới 10 micron hoặc thậm chí là mức dưới micromet.

Cần phải lưu ý rằng trong ngành công nghiệp máy móc, độ chính xác thường có nghĩa là độ nhám bề mặt nhỏ và phạm vi dung sai nhỏ (bao gồm vị trí, hình dạng, kích thước, v.v.). Tuy nhiên, thuật ngữ "độ chính xác" trong bài viết này đề cập đến khoảng cách nhỏ trong khu vực đang được xử lý, có nghĩa là kích thước giới hạn có thể được xử lý là nhỏ. Trong ba loại hình gia công laser trên, công nghệ gia công laser các chi tiết lớn ngày càng trở nên hoàn thiện và mức độ công nghiệp hóa rất cao, nhiều tài liệu đã được xem xét lại; các công nghệ gia công vi mô bằng laser như cắt laser, khắc chính xác bằng laser, công nghệ ghi trực tiếp bằng laser cũng đã được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, và có rất nhiều báo cáo liên quan. Bài viết này sẽ tập trung vào công nghệ gia công cơ khí chính xác bằng laser. Để thuận tiện, các mục tiêu gia công cho gia công chính xác được đề cập dưới đây được giới hạn ở các tấm mỏng (0.1-1.0mm).

1.So sánh giữa gia công chính xác bằng laser và các phương pháp gia công truyền thống

Với sự tiến bộ của công nghệ, các loại hình công nghệ gia công cơ khí chính xác ngày càng trở nên phong phú hơn.

Gia công chính xác bằng laser có các tính năng quan trọng sau:

• ① Phạm vi gia công chính xác bằng laser rất rộng, bao gồm hầu hết tất cả các vật liệu kim loại và phi kim loại. Trong khi gia công điện phân chỉ có thể gia công các vật liệu dẫn điện, thì gia công quang hóa chỉ thích hợp với các vật liệu dễ ăn mòn, và gia công plasma khó gia công các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao nhất định.
• ② Có ít yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng của gia công cơ khí chính xác bằng laser, độ chính xác gia công cao và nhìn chung tốt hơn so với các phương pháp gia công truyền thống khác.
• ③ Từ góc độ chu trình gia công, điện cực dao của EDM đòi hỏi độ chính xác cao, tổn hao lớn và chu kỳ gia công dài; thiết kế của khuôn cực âm cho khoang gia công và biên dạng của gia công điện phân là lớn, và chu kỳ chế tạo cũng dài; Các thủ tục phức tạp; gia công cơ khí chính xác bằng tia laser rất đơn giản, độ rộng rãnh dễ điều chỉnh và kiểm soát, tốc độ gia công nhanh và chu kỳ gia công ngắn hơn so với các phương pháp khác.
• Gia công chính xác ④Laser thuộc loại gia công không tiếp xúc, không dùng lực cơ học. So với EDM và gia công hồ quang plasma, vùng ảnh hưởng nhiệt và biến dạng của nó rất nhỏ, vì vậy nó có thể gia công các bộ phận rất nhỏ.

Tóm lại, công nghệ gia công cơ khí chính xác bằng laser có nhiều ưu điểm hơn so với các phương pháp gia công truyền thống, và triển vọng ứng dụng của nó rất rộng rãi.

2. Giới thiệu về thiết bị gia công chính xác bằng laser thường được sử dụng

Các loại laser thường được sử dụng để gia công cơ khí chính xác bao gồm: laser CO2, laser YAG, laser hơi đồng, laser excimer và laser CO, v.v. Để biết đặc điểm laser của chúng, hãy xem tài liệu để biết chi tiết. 

Trong đó, laser CO2 công suất lớn và laser YAG công suất lớn được sử dụng rộng rãi trong công nghệ gia công laser quy mô lớn; laser hơi đồng và laser excimer được sử dụng rộng rãi hơn trong công nghệ gia công vi mô bằng laser; laser YAG công suất trung bình và thấp thường được sử dụng để gia công chính xác.

3. Ứng dụng của gia công chính xác bằng laser và sự phát triển của Trung Quốc và quốc tế

3.1 Tình trạng quốc tế

3.1.1 Khoan chính xác bằng laser

Với sự tiến bộ của công nghệ, phương pháp đột lỗ truyền thống đã không thể đáp ứng nhu cầu trong nhiều trường hợp. Ví dụ, các lỗ nhỏ có đường kính vài chục micromet được gia công trên hợp kim cacbua vonfram cứng; các lỗ sâu có đường kính vài trăm micromet được gia công trên sapphire đỏ, cứng, giòn,… mà các phương pháp gia công thông thường không thể thực hiện được. Mật độ công suất tức thời của chùm tia laze cao tới 108 W / cm2, có thể đốt nóng vật liệu đến nhiệt độ nóng chảy hoặc nhiệt độ sôi trong thời gian ngắn để đạt được sự thủng trên các vật liệu trên. So với khoan tia điện tử, điện phân, tia lửa điện và cơ khí, khoan laser có chất lượng tốt, độ chính xác lặp lại cao, tính linh hoạt mạnh mẽ, hiệu quả cao, chi phí thấp và lợi ích kinh tế và kỹ thuật toàn diện đáng kể. Khoan laser chính xác quốc tế đã đạt đến trình độ rất cao. Một công ty Thụy Sĩ sử dụng tia laser thể rắn để đục lỗ trên cánh tua-bin máy bay, có thể xử lý các lỗ nhỏ có đường kính từ 20 μm đến 80 μm và tỷ lệ đường kính trên độ sâu có thể đạt đến 1:80 (xem Hình 1 (a)) . Chùm tia laze cũng có thể gia công các lỗ có hình dạng đặc biệt khác nhau như lỗ mù (xem Hình 1 (b)) và lỗ vuông trên các vật liệu giòn như gốm sứ mà phương pháp gia công thông thường không thể đạt được.

3.1.2 Cắt chính xác bằng laser

So với phương pháp cắt truyền thống, độ chính xác cắt laser có nhiều lợi thế. Ví dụ, nó có thể tạo ra các đường rạch hẹp, hầu như không có dư lượng vết cắt, vùng ảnh hưởng nhiệt nhỏ, tiếng ồn cắt thấp và có thể tiết kiệm từ 15% đến 30% vật liệu. Bởi vì tia laser hầu như không tạo ra xung cơ học và áp lực lên vật liệu được cắt, nó thích hợp để cắt các vật liệu cứng và giòn như thủy tinh, gốm sứ và chất bán dẫn. Ngoài ra, điểm laser nhỏ và khe hẹp nên nó đặc biệt thích hợp cho các bộ phận nhỏ. Loại cắt chính xác. Một công ty Thụy Sĩ sử dụng tia laser thể rắn để cắt chính xác và độ chính xác về kích thước của nó đã đạt đến mức rất cao.

Một ứng dụng điển hình của cắt chính xác bằng laser là cắt giấy nến SMT trong bảng mạch in (xem Hình 2). Phương pháp gia công khuôn mẫu SMT truyền thống là phương pháp ăn mòn hóa học. Nhược điểm chết người của nó là kích thước giới hạn của gia công không được nhỏ hơn chiều dày của tấm, và phương pháp ăn mòn hóa học có quy trình phức tạp, chu kỳ gia công dài và môi trường ăn mòn gây ô nhiễm môi trường. 

Sử dụng gia công bằng laser không chỉ có thể khắc phục những thiếu sót này mà còn có thể gia công lại mẫu đã hoàn thiện, đặc biệt, độ chính xác gia công và mật độ khe hở tốt hơn đáng kể so với trước đây (xem Hình 3). Là một chút thấp hơn so với trước đây. Tuy nhiên, do hàm lượng công nghệ cao của toàn bộ thiết bị dùng để gia công laser và giá thành cao nên chỉ có một số công ty ở một số nước như Hoa Kỳ, Nhật Bản và Đức có thể sản xuất toàn bộ máy.

3.1.3 Hàn chính xác bằng laser

Hàn laser có vùng ảnh hưởng nhiệt rất hẹp và đường hàn nhỏ. Đặc biệt, nó có thể hàn các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao và các kim loại khác nhau mà không cần thêm vật liệu. Quốc tế sử dụng laser YAG rắn để hàn đường nối và hàn điểm đã đạt đến mức cao. Ngoài ra, các dây dẫn của mạch in được hàn bằng tia laser, không cần sử dụng từ thông, có thể giảm sốc nhiệt mà không ảnh hưởng đến mạch in, do đó đảm bảo chất lượng của mạch tích hợp (xem Hình 4) .

3.2 Tình hình hiện tại ở Trung Quốc

Sau hơn 20 năm nỗ lực, về mặt công nghệ gia công chính xác bằng laser và thiết bị hoàn chỉnh, mặc dù Trung Quốc đã được sử dụng trong khắc laser gốm sứ và hàn điểm laser các bộ phận kim loại siêu nhỏ, hàn đường nối và hàn kín khí, và đánh dấu, Vân vân. 

Tuy nhiên, trong công nghệ gia công chính xác bằng laser, quy trình cắt và khắc chính xác khuôn mẫu vi điện tử với hàm lượng kỹ thuật cao và thị trường ứng dụng rộng rãi, lỗ xuyên, lỗ mù và lỗ có hình dạng đặc biệt, các khe có thông số kỹ thuật và kích thước khác nhau trên tấm gốm và in bảng mạch Gia công chính xác bằng laser và các khía cạnh khác vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển, và chưa có nguyên mẫu công nghiệp tương ứng nào xuất hiện. 

Phần lớn người dùng ở Trung Quốc thường sử dụng các mẫu nhập khẩu hoặc gia công hoa hồng ở Hồng Kông và những nơi khác. Giá cao và chu kỳ dài đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến chu kỳ phát triển sản phẩm. Trong những năm gần đây, một số công ty quốc tế lớn đã nhìn thấy thị trường tiềm năng khổng lồ của Trung Quốc trong ngành công nghiệp gia công chính xác bằng laser. , Đã bắt đầu thành lập chi nhánh tại Trung Quốc. Tuy nhiên, chi phí gia công cao làm tăng giá thành sản phẩm vẫn khiến nhiều doanh nghiệp nản lòng.

4. Xu hướng phát triển và triển vọng của công nghệ gia công chính xác bằng laser

Laser chất lượng cao, hiệu quả, ổn định, đáng tin cậy và giá rẻ là những điều kiện tiên quyết để thúc đẩy và ứng dụng gia công chính xác. Một trong những xu hướng phát triển của gia công cơ khí chính xác bằng laser là thu nhỏ hệ thống gia công. Trong những năm gần đây, laser bơm diode đã phát triển nhanh chóng. Nó có một loạt các ưu điểm như hiệu suất chuyển đổi cao, ổn định công việc, chất lượng chùm tia tốt và kích thước nhỏ. Nó có khả năng trở thành tia laser chính cho thế hệ gia công chính xác bằng laser tiếp theo.

Tích hợp các hệ thống gia công là một xu hướng quan trọng khác trong sự phát triển của gia công cơ khí chính xác bằng laser. Hệ thống hóa và cải tiến công nghệ gia công cơ khí chính xác bằng laser cho các vật liệu khác nhau; phát triển phần mềm điều khiển chuyên dụng, thân thiện với người dùng phù hợp cho gia công chính xác bằng laser, và bổ sung nó vào cơ sở dữ liệu quy trình tương ứng; kết hợp điều khiển, quá trình và laser để đạt được quang học, Sự tích hợp của máy, điện và vật liệu gia công là một xu hướng tất yếu trong sự phát triển của gia công chính xác laser.

Mặc dù Trung Quốc có khoảng cách lớn với quốc tế về công nghệ và thiết bị gia công laser, nhưng nếu chúng ta tiếp tục nâng cao chất lượng chùm tia laser và độ chính xác gia công dựa trên nguyên bản, kết hợp với việc nghiên cứu công nghệ gia công vật liệu, chúng ta sẽ chiếm lĩnh được độ chính xác laser. thị trường gia công càng nhiều càng tốt. Và dần dần thâm nhập vào lĩnh vực gia công vi mô bằng laser, có thể thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của cắt laser và cuối cùng đưa gia công chính xác bằng laser trở thành một ngành công nghiệp quy mô lớn.

Liên kết đến bài viết này ： Hiện trạng và triển vọng của công nghệ gia công chính xác bằng laser

Tuyên bố Tái bản: Nếu không có hướng dẫn đặc biệt, tất cả các bài viết trên trang web này là bản gốc. Vui lòng ghi rõ nguồn để tái bản: https: //www.cncmachiningptj.com/，thanks！

PTJ® cung cấp đầy đủ các Độ chính xác tùy chỉnh máy gia công cnc trung quốc Chứng nhận ISO 9001: 2015 & AS-9100. Độ chính xác nhanh 3, 4 và 5 trục Cơ khí CNC các dịch vụ bao gồm phay, tiện theo thông số kỹ thuật của khách hàng, Có khả năng làm các bộ phận được gia công bằng kim loại và nhựa với dung sai +/- 0.005 mm. Các dịch vụ thứ hai bao gồm CNC và mài, khoan thông thường,đúc chết,tấm kim loại và dậpCung cấp nguyên mẫu, chạy sản xuất đầy đủ, hỗ trợ kỹ thuật và kiểm tra đầy đủ. ô tô, hàng không vũ trụ, khuôn và vật cố định, ánh sáng dẫn,y khoa, xe đạp và người tiêu dùng thiết bị điện tử các ngành nghề. Giao hàng đúng hẹn. Hãy cho chúng tôi biết một chút về ngân sách dự án của bạn và thời gian giao hàng dự kiến. Chúng tôi sẽ cùng bạn lập chiến lược để cung cấp các dịch vụ hiệu quả nhất về chi phí nhằm giúp bạn đạt được mục tiêu của mình, Chào mừng bạn đến với Liên hệ với chúng tôi ( sales@pintejin.com ) trực tiếp cho dự án mới của bạn.