切割速度18000mm/min
切割精度±0.05mm
切割刀缝0.45mm, 0.71mm, 1.05mm…等,可调控
工作气体氦气He 氮气N2 二氧化碳CO2
机床尺寸3000×2300×1800mm
激光加工新应用
激光加工技术解决航空发动机火焰筒工艺难题
火焰筒是航空发动机燃烧室的主要组成部件,也是发动机重要的受热部件之一,燃油和压缩空气在火焰筒内混合燃烧,将燃油的化学能转化为热能。
随着航空发动机性能不断提升,航空发动机燃烧室进口温度也随之不断提高,为**火焰筒在端高温环境下稳定持续工作,必须对其进行冷却降温,通过在火焰筒合金材料上涂覆涂层并结合气膜冷却的方式是目前采用的主要手段之一。
对于带热障涂层火焰筒气膜孔的加工,国内通常采用先打孔再涂覆涂层的方式,存在涂层材料沉积导致孔径缩随机性小等问题;而采用长脉冲激光加工带热障涂层火焰筒气膜孔,又存在涂层表面飞溅、烧蚀、涂层崩边等缺陷,严重影响火焰筒的工作寿命。
针对以上工艺难题,光机所克服了一批核心技术、关键工艺及整机系统集成技术,研发的基于机械臂的柔性火焰筒**短脉冲激光精密制孔设备及加工工艺,在国内率先实现了带热障涂层火焰筒异形气膜孔一次性制孔,并从根本上解决了诸多技术难题,为带热障涂层发动机火焰筒气膜孔制造提供了全新加工手段,对于加快我国商用航空发动机自主化进程具有重要的支撑意义。
激光加工技术在手机摄像头模组行业中的应用
如今,智能手机朝着轻薄化发展,手机摄像头模组也越做越小,如何加工处理这种微型元器件成为掣肘发展的重要环节。而激光加工技术是微精密加工领域的重要工具,加工精度高,可对各类型元件加工,特别是在摄像头领域中。
手机摄像头模组中的PCB电路板由FR4和FPC组成的软硬结合板,也有一些使用的是纯硬板或者软板。激光技术应用到这个板块中主要是针对FR4激光切割和FPC激光切割技术,另外一种激光工艺技术就是在FR4或是在FPC上对其进行二维码激光打标技术。
激光达标技术主要应用到摄像头芯片表面打标,通常都是标记出企业的logo以及产品的相关信息,起到宣传和下游环节管理、操作简便的作用。随着产品的进步,内部追溯系统的应用导入,芯片表面二维码激光打标技术也越来越流行。
托架上有链接导电模块,里面的导电金属模块区域小、非常薄,采用激光焊接技术能够有效的加强焊接牢固度,提升到导电性能,并且不会使其损伤。
摄像头模组中的玻璃属于**薄玻璃,加工过程中不仅仅是不能使其碎裂,而且要保证其强度和崩边率,采用激光加工技术的优势在于加工速度快,崩边小,良品率高。
镜头、马达中的激光打标技术主要是在其表面或者边缘标记处小于0.5*0.5mm的二维码,起到防伪、追溯等作用。
一个小小的摄像头模组就有那么多的激光工艺技术应用到其中,可见激光技术作为一种工艺技术的重要性。
激光加工开启工艺替代
效率精度优势显现,激光加工开启工艺替代。激光加工属于无接触加工,可通过调节激光束的能量、移动速度等方式实现多种加工目的。在高硬度、高脆性、高熔点等应用场景,激光加工的优势更得到**体现。
目前,激光加工主要包括激光打标、激光切割、激光焊接等,由于其生产效率高、生产环境要求低、加工精度高等优势,激光加工将会逐步取代传统的等离子切割、火焰切割等工艺。特别在传统金属加工领域,除了传统的金属切削机床外,激光加工与传统的冲床工艺在部分应用领域亦有所重叠,未来替代空间较大。
大功率激光设备国产化突破,性价比优势凸显开启进口替代。光纤激光器是光纤激光设备的核心零部件和主要成本来源。2016年,本土激光器企业在低功率市场已占85%,在率市场亦已占比近60%,但在大功率市场的占比尚不足10%。
和2012年相比,2016年进口中低功率光纤激光器降价**50%,但高功率激光器价格稳中有升。伴随着国产激光器主要企业如锐科激光等的持续技术突破和产品创新,国产大功率激光器已经逐步覆盖了1000W-10KW功率范围,并在向更高功率的应用突破。
我们认为,国产大功率激光器正迎来进口替代的拐点,国产激光器的推出有望大幅降低激光设备原材料成本,对IPG等国际成员形成价格冲击,从而降低下游应用成本,下游应用需求快速提升,国产大功率激光设备行业有望复制中小功率激光设备的发展历程,成为激光设备行业新的增长。
对标国外成员,本土企业加速追赶。激光发生器领域,美国IPG仍是****,公司近年来保持较高速增长,尤其是大功率连续波激光业务2019年达到8.67亿美元,同比增长50%,但由于市场竞争激烈,IPG中小功率激光器整体增长缓慢;而IPG**过40%的业务来源于中国市场,客观说明中国市场庞大的需求;激光加工设备领域,德国通快作为****,2016年营业额**过30亿欧元,但是公司在中国市场的份额却因为大族等本土企业的快速崛起而呈现下降趋势。随着本土激光设备特别是大功率激光设备产业链的逐步完善,占据市场、服务优势的本土企业将加速追赶国外成员。
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激光穿孔
1、穿孔的难度
在切割的开始部位加工开始加工所需要的孔称做穿孔。板越厚,穿孔就越不稳定。可以说,板厚大于12.Omm的厚板切割中,发生加工不良现象的70%起因于穿孔不好。为了实施稳定的穿孔,在这里对穿孔的加工特性进行说明。
2、穿孔的原理
在穿孔过程中,贯通之前加工中产生的熔融金属堆积在被加工物表面上孔的周围。从发光后对被加工物表面加热过程,到缓慢加热进行穿孔作用,直至后的贯通是连续进行的。这个方法,如果板件厚度大于9.Omm,则穿孔时间就会急剧增加,但是孔径约为0.5mm,比切口窄,热影响也小。因此,如果增加加工能力,加大输出能量,熔融金属就很难全部从孔径上部排出,出现过度燃烧现象。CW条件是在被加工物表面的略微上方设定焦点位置,加工孔径,迅速加热的方法。虽然出现大量熔融金属,飞散到被加工物表面上,但却大幅度缩短了加工时间。
在穿孔的孔壁上也会出现吸收激光能量的现象。在穿孔加工过程中,照射的激光在穿孔中多重反射,边被吸收边向下传播。为了缩短穿孔时间,就要补充被孔壁吸收而
被减弱的能量,即在穿孔过程中有必要增加输出功率。而且,为了减少对孔壁周围的热影响,要在增加输出功率的同时,尽可能的缩短穿孔时间,减少激光对孔壁周围的照射。
3、 对付穿孔中出现缺陷的四个原则
穿孔过程中出现缺陷时,有必要对各种现象进行原因分析和找出处理方法。
(1)缺陷发生的瞬间
要确认是在穿孔的过程中,还是在穿孔结束后开始切割时发生的缺陷。如果是穿孔过程中发生的,则根据穿孔开始或者穿孔过程中条件切换时的具体情况,来修正发生问题的输出功率和气压条件。如果缺陷发生在穿孔结束之前,那是因为贯通之前切换到切割条件,有必要延长穿孔时间。
如果切割开始时发生加工缺陷的现象,那是因为在孔的表面周围堆积的熔融金属部位难以通过,所以有必要在开始位置设定脉冲条件或低速条件。
(2)缺陷产生的位置
如果在加工平台的特定位置,集中出现穿孔缺陷,那是因为激光光轴和喷嘴中心偏离。这需要调整光路偏离。
如果穿孔位置过于集中或者是在切割线路的附近进行穿孔,由于加工位置温度过高,也会造成穿孔缺陷。温度越高,缺陷的发生率就越大。因此有必要研究加工顺序,改善程序尽量沿着尚未过热的线路进行穿孔和切割。
(3)发生穿孔不良的时间
随着加工时间的推移,加工不良的发生次数只见增加不见减少时,其原因可能是发振器故障引起的输出功率变动。如果增加冷却时间就能恢复的话,其原因可能是光学部件热透镜的作用引起的。这种情况下就需要维修光学部件,并与供应商联系。
(4)发生穿孔不良的材料
对于发生穿孔不良的材料,要确认过去是否进行过良好加工,确认记录很重要。如果有过去加工的记录,就不需要调整加工条件,可以认定是加工机和光学部件的缺陷,进行检查找出原因。
4、适当的穿孔条件
被加工物的厚度越厚,穿孔时间在整体加工时间中所占的比例就会增加,对缩短穿孔时间的要求就会提高。对穿孔时间缩短有效的加工条件参数是脉冲峰值输出功率和脉冲波形及平均输出功率。
5、 防止在对不锈钢进行穿孔时出现须状物
在切割不锈钢时,孔表面周围会留下飞散须状的金属熔渣,在镜面及条纹表面材料上会出现划伤。而且,须状金属熔渣与静电感应式加工头的喷嘴发生接触时,会出现对焦异常的报警。
6、 高反射材料穿孔时的注意事项
在切割铜、纯铝等高反射材料时,需要在被加工物表面涂抹光束吸收剂。光束吸收剂不仅有提高加工能力的效果,而且从安全的角度上也有反射的作用。加工条件需要降低脉冲频率,提高脉冲峰值的每1个脉冲能量。而且通过气体压力,使熔融金属挤入板件内部,提高加工能力的效果。
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激光刀模发生崩刃和碎裂可采取的措施有哪些?
激光刀模是目前使用较为广泛的一种,虽然具有较多的优势,但是在使用中还是会出现一些问题,比如说发生崩刃和碎裂等问题。
对此,我们需要采取有效的措施进行解决。
1、改进工艺系统的刚性,包括提高机构的稳定性或改善机床的维护水平,在某种程度上,切削刃熔焊是一个可以圆满解决的问题,方法是提高切削速度,这样还可以提高生产率。
2、为了防止切屑加热到足以发生熔焊的温度,可尝试使用冷却液。其它可能采用的方法还包括采用较大的径向或轴向正前角,以减小切削力。此外还可以选用涂层刀片牌号。涂层可以减小激光刀模与工件之间的摩擦和相互发生反应的可能性。
3、切削刃熔焊是因工件材料被熔焊到上而产生的。加工时切屑温度升高到足以使其软化发粘,然后又快速冷却,就会黏附在刀片上。解决方法是防止切屑变得过热,或者增加切屑温度使其在离开之前不会马上冷却。
机器是需要保养的,刀模使用的技术也是保养激光刀模的一个有效措施,安全的操作很重要,这些机械在使用的时候是一种非常精密的设备,操作人员也是必须要掌握基本的操作技能,在进行操作的时候对激光刀模进行一系列的检查工作,激光刀模的日常保养和维护也非常的重要。
在每次使用之后要进行一些保养的工作,这也可以防止激光刀模的老化,每个周都要进行一次激光刀模的检测和维修,每个月或者一季度进行一次全面的检测等等,这都是保护激光刀模的一个非常有效的措施。
掌握几点刀模保养的要点:
先,激光切割胶板后需要用水浸泡及清洗胶板的粉尘(大部分的胶板都是经过清洗后用风冲干就装刀的,装刀后就送货),其实在装刀前胶板需要在刀锋上涂上机油,使每条刀缝都**油的渗透,为了方便安装刀模省了这事(因为未涂机油的刀模慢慢就从底部开始生锈),但是有些刀模厂还是有把装的模具表面涂上一层机油,起了保护作用。
*二:刀模在搬运过程需要刀锋面上铺垫上一层EVA或垫刀泡棉,中间用美纹胶粘紧或用皮筋把它扎好,并且在用之前好用密封袋或泡沫盒装好,在密封袋上写上型号,尺寸,刀模生产日期,冲切次数,客户名称以及编号,方便以后存库及发放!
*三:刀模在生产完一个订单后(用完后垫刀的泡棉要去除)必须先清洗刀模,因为现在模切的材料大部分都是带胶的,而且是酸性的,对刀刃有腐蚀性,必须喷上防锈油,不然肯定会生锈;
*四:长时间不用的刀模要定期去维护,每次清理后需喷上模具防锈油并统一入模具库;
*五:雕刻刀模要看当地环境来喷油,一般一周一次,喷油后用油纸包裹并平放;
*六:蚀刻刀建议放入塑封袋中,袋中加入小袋干燥剂;
*七:圆刀刀模,拆下需喷上防锈油,中间需用油纸和泡棉包好,两边用夹头固定,用一个胶盒或木箱装好;
*八:存放刀模的地方需要货架统一摆放,不可堆放太高太挤,并有明示标牌,环境通风,不能受潮,好是恒温恒湿。
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激光加工在锂电池生产中的应用
与传统的机械加工相比,激光加工拥有无工具磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、性更高和运营成本较低等优势。
而锂电池因为其优异的性能,被广泛应用于电子品消费、机动车和能源市场,它的生产技术革新显得尤为重要。
锂电池的生产步骤是典型的“roll-to-roll”过程,需经历两道加工步骤——薄膜到单个电池、以及单个电池组装成电池系统。典型的锂电池有三层薄膜——阳膜、隔离膜和阴膜,如下图所示。
电镀层厚度通常为100 μm,而隔离膜为50 μm。阳膜是镀石墨的铜膜,阴膜是镀锂金属氧化物的铝膜,隔离膜则由聚丙烯和聚乙烯构成。锂电池生产过程:
由于对性、可控性和加工机器的质量要求较高,金属箔分切(foil slitting),金属箔切割(foil cutting),标签清洗(tab cleaning)和隔离膜切割(separator foil cutting)等环节更适合使用激光进行加工。与传统的机械加工相比,激光加工拥有无工具磨损、切割形状灵活、边缘质量控制、性更高和运营成本较低等优势。
金属箔分切(foil slitting)
金属箔分切环节是指根据电池的设计,将一卷金属箔沿长边切成细长条。适用于该环节的是红外脉冲激光,可以高速高质量地分切电镀层。如果对分切宽度和质量有更精密的要求,也可以考虑脉冲绿光和紫外光。
金属箔切割(foil cutting)
金属箔切割环节是指参照电池的设计,将细长条状的阳膜和阴膜切割成需要的形状。根据电池设计不同以及金属箔卷是否完整镀膜,可以选择或调整光束使之切割镀层或仅切割金属箔。该环节适用的激光器与铝箔分切环节相同。
标签清洗(tab cleaning)
特定情况下,需要移除石墨和锂金属氧化物以显露出裸铜或铝箔标签。该步骤的关键在于移除镀膜材料的同时不损害其下方的金属箔。脉冲红外激光适合该环节。
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