OFwee網訊：對於高精密的應（yīng）用，固（gù）定加工頭微切割是一種有潛（qián）力、在一些應用可以替代冷（lěng）消融的加工方式。該加工方（fāng）式可進一步通（tōng）過錐角補償、加工氣體供給或工（gōng）件處理優化。

　　介紹

　　超短脈衝（USP）現在已經慢慢從研究（jiū）實驗室轉移到了工業微加工。皮秒和（hé）飛秒級別的脈衝寬度使得材料能夠不經過液化直接氣（qì）化。通（tōng）過冷消融可以實現對玻璃、金（jīn）屬（shǔ）、陶瓷和聚（jù）合物的逐層去除。鍾表業正在使用（yòng）這種技術進行精細雕刻，掃描振鏡對複合材料的切割和鑽孔不會造成任（rèn）何的熱影響區（HAZ），因而產生（shēng）的（de）表麵和邊緣質量（liàng）較高（見圖1）。

　　圖1：USP激光器通過冷消融（róng）的方（fāng）式進行微加工。

　　左：在一個聚合物芯片係統實驗室上約200μm寬的微通道。

　　右：高邊緣質量的銅（tóng）表針，顯（xiǎn）示出一個明顯的錐角（寬度為0.7mm）。

　　然而，對於某些應用，使用掃描振鏡冷消（xiāo）融的加工方式得到的精度與（yǔ）錐角是不夠的。錐角是在切割縫的邊界時產生（shēng）的，部分是因為激光能量密度（每單位麵積的能量）在那裏比較低，部（bù）分是因為材（cái）料在（zài）那裏再沉積。對於這些應用，使用固（gù）定加工頭、加（jiā）工氣體（tǐ）噴嘴和高（gāo）精度軸是很有優勢的（de）。然而，軸的加（jiā）速度和速（sù）度與掃描振鏡相比是微不足道的。因此，激光引入的熱量在固定加工頭的應用中會比較多。即使是局部（bù）熔化材料也（yě）不能完全排除這種現象。盡管如（rú）此，可以依舊保持工件質量。與固體激光器和的“熱”相比，超短脈（mò）衝確保引入的熱量在時間和空間上是可控的。因此，仍（réng）然不會對工（gōng）件造（zào）成熱影響。用固定加工頭的USP激光微切割就如（rú）同微米範圍的熱加工（gōng）。

　　更加陡的錐角和良好的邊緣質量

　　與掃描振鏡的冷消融加工（gōng）方式相比，如果能（néng）正確采用固定（dìng）加工頭微切（qiē）割加工，則能形成更陡的錐角，同時保持良（liáng）好的邊緣質量。優化的噴嘴能夠（gòu）提供加工氣體，在高壓下（xià）去（qù）除（chú）材料的切縫。除了激光（guāng）參數（shù），噴嘴的幾何形狀和位置，以及加（jiā）工氣體的類型和壓力同樣顯著影響著切割效果。另一個重要（yào）的方麵就（jiù）是合（hé）適的工件固定夾具的發展，同時（shí）支持可靠（kào）的固定和材料的自由切（qiē）割（圖2）。要將設計圖導（dǎo）入激光係統加工時，必須考慮激光的（de）切入以及出口的位置。當涉及高精度，工藝的開發和質量（liàng）的控製時，就需要適當的（de）測量設（shè）備，才能夠可靠地測量幾微米和表麵（miàn）粗糙度值低於一微（wēi）米的公（gōng）差（chà）。

　　圖2：與掃描振鏡冷消融加工方（fāng）式相比，固定加工頭微切割能產生（shēng）更高的精（jīng）度和更陡的錐角。

　　左：直徑約5毫米的齒（chǐ）輪。

　　右：為了實現良好的質（zhì）量，由噴嘴（頂部）提供加工氣體和合適的工件固定是必不（bú）可少的。

　　固定光學能夠（gòu）對金屬、矽和陶瓷等材料進行微切割（圖3）。為了提高成本效率和生產率，可以考慮平行的加工頭。通（tōng）快高功率超短脈衝激光TruMicro支持這樣的分光方法（圖4）。

　　圖3：固定（dìng）光學微切割陶瓷。

　　左：約5mm直徑的部分，是鍾表行業應用的一個（gè）測試幾何形狀。

　　右：藍寶石和矽也可以用這個方法來切割。

　　提高零件質（zhì）量的後續處理方（fāng）法

　　各種後續的處理（lǐ）也許能夠進一步提高工（gōng）件質量。在絲電火（huǒ）花加（jiā）工和微細銑削的情況下（xià），可以考慮熱處理以獲得目標強度、硬度或退火材料。為了優化粗糙的表麵，如（rú）果需要（yào）的話（huà），可以用一些化學的機械後處理方法。激光切割工件，有時會通過電化塗層來達到理想的表麵。鍾表業是應用固定光學微切割或鑽加工方式最（zuì）重（chóng）要的（de）領域之（zhī）一，如紅寶石微軸承、手表手柄或其他元素。

　　圖（tú）4：TruMicro5000皮（pí）秒和飛秒係列激光器可提供的平均功率達100瓦，脈（mò）衝能量高達250微焦耳（ěr）。超短脈衝的脈寬與其它參數結合，有（yǒu）助於減少（shǎo）和消除熱影響區域（HAZ）。

　　為鑽小孔設計的開孔加工（gōng）頭

　　在加工過程中（zhōng），通常我們需要（yào）得到一個陡的90度錐角。對於小孔的鑽孔，使用所（suǒ）謂的開孔加工頭（tóu）可以做（zuò）到。當它涉及到更複雜的幾何形狀的微切割時，這種類型（xíng）的方法也（yě）變得越來越有優勢。從熱管理的角度來看，這個加工方式與使用精確的機械軸固定加工頭微切（qiē）割來加工是類似的。然而，一些開發工作仍需（xū）改進現有開孔加工頭，使得它們變得更人性化，適（shì）用於比較複（fù）雜的（de）工業微切割應用。一（yī）個有趣而具（jù）有挑（tiāo）戰性（xìng）的選擇是工件夾具（jù）由一個傾斜的錐角來補償（cháng），特別是切割出整個（gè）工件。