适合采用CO2激光切割的产品大体上可归纳为三类:
第一类:从技术经济角度不宜制造模具的金属钣金件,特别是轮廓形状复杂,批量不大,一般厚度;12mm的低碳钢、;6mm厚的不锈钢,以节省制造模具的成本与周期。已采用的典型产品有:自动电梯结构件、升降电梯面板、机床及粮食机械外罩、各种电气柜、开关柜、纺织机械零件、工程机械结构件、大电机硅钢片等。
第二类:装饰、广告、服务行业用的不锈钢(一般厚度3mm)或非金属材料(一般厚度20mm)的图案、标记、字体等。如艺术照相册的图案,公司、单位、宾馆、商场的标记,车站、码头、公共场所的中英文字体。
第三类:要求均匀切缝的特殊零件。较广泛应用的典型零件是包装印刷行业用的模切版,它要求在20mm厚的木模板上切出缝宽为0.7~0.8mm的槽,然后在槽中镶嵌刀片。使用时装在模切机上,切下各种已印刷好图形的包装盒。国内近几年来应用的一个新领域是石不锈钢花格图片油筛缝管。为了挡住泥沙进入抽油泵,在壁厚为6~9mm的合金钢管上切出0.3mm宽的均匀切缝,起割穿孔处小孔直径不能大于0.3mm,切割技术难度大,已有不少单位投入生产。
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刀模激光切割技术的问世有利于可持续发展
激光切割的不断发展,也带动了刀模激光切割机技术的发展和提高,这项技术的问世代替了传统的手工技术,在一定意义上提高了工作效率,改善了工作模式。
刀模激光切割机主要利用激光的强能量性对刀模板进行高深度烧蚀,从而达到安装切割刀的目的。刀模激光切割是一种全新自动化的加工方法,有着精确、快捷、操作简单的优势。用户可以任意制定产品的形状、大小进行快速成型,在图像输入电脑的时候可以任意的更改或变换,使你的工作效率跟快。
首先,刀模激光切割机技术提供了**的储蓄刀模具技术,*模具是否平坦或柔软。激光生产工具可以提供多种精度、深度切割,并且可以进行切削和穿孔切割。同时激光切割机可以很大程度上转换废品,不仅可以节约成本而且也为当今可持续发展做了一大贡献。
其次,刀模激光切割技术比传统技术工作效率高,激光头可以固定光路,可以高强度的稳定机床,同时工作的时候不需要辅助气体,操作的时候简单方便。
刀模激光切割机是一项运用激光来对材料进行加工的新技术,刀模激光切割技术应用范围非常的广泛,在皮革制造业中使用的特别多,可以进行高精度的工艺加工,使用时灵活性高。
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国内激光产业现状及应用产业链分析
世界上**台激光器诞生于1960年,我国也于1961年研制出**台激光器,距今已有半个世纪了。50年来,激光技术与应用发展迅猛,已与多个学科相结合形成多个应用技术领域,比如光电技术,激光医疗与生物光子学、激光加工技术、激光检测与计量技术、激光全息技术、激光光谱分析技术、非线性光学、**快激光学、激光化学、**光学、激光雷达、激光制导、激光分离同位素、激光可控核聚变、激光武器等等。
这些交叉技术与新的学科的出现,大大地推动了传统产业和新兴产业的发展。经过近50年的艰苦努力,我国激光技术研究获得重大突破,激光产业也从无到有,我国激光加工产业一直呈指数增长,成为我国科学技术应用领域中较活跃的产业之一。
目前,全国共有5个**激光技术研究中心,10多个研究机构;有21个省、市生产和销售激光产品,常年有定型产品生产和销售、并形成一定规模的单位有200多家。
目前国内激光企业主要集中在湖北、、江苏、上海、和广东(含深圳、珠海特区)等经济发达省市。已基本形成以上述省市为主体的华中、环渤海湾、长江三角洲、珠江三角洲四大激光产业群,激光晶体、关键元器件、配套件、激光器、激光系统、应用开发、公共服务平台已形成较完整的激光产业链。
激光应用主要分为工业、医疗、商业、科研、信息和军事六个领域。我国激光加工产业规模十几年间增长了近500多倍。在工业激光应用中,主要有材料加工和测量控制两大类。
激光材料加工则是利用激光束与物质相互作用的特性对材料(包括金属与非金属)进行激光切割、激光焊接、激光表面处理、激光打孔、激光微加工和激光标刻。
激光材料加工技术是涉及到光、机、电、算、材料及检测等多门学科的一门综合技术。发展激光技术,推动激光应用,我们不能只从某一方面来谈,而是要综合这些学科全盘考虑。为了便于描述和研究,抓住典型,我们以激光产业链为主线索来谈激光技术的发展,但激光产业链也还是一个大课题,我主要分析工业激光应用系统的产业链。
工业激光应用系统的产业链应该由下面四个方面组成:激光应用、激光加工系统、激光器和激光配件。可以看到,每一个激光应用领域都可以形成一个产业链,每一个产业链一定包括激光加工系统、激光器和激光配件。现在,较成熟的激光产业链应该是工业激光应用的产业链,它包括激光切割产业链、激光焊接产业链、激光打标产业链、激光表面处理产业链、激光打孔产业链等等。
所以任何一个小的产业链都有它自身的发展过程和特点,该链中的每一个环节都很重要,任何一个环节发展不充分或发展滞后,这个产业链就不完整,就很难得到蓬勃发展。
我国激光加工应用分类,激光切割占21.84%,激光标记占45.35%,激光焊接占11.4%,三者合计占78.59%。为了将产业链的环节分析清楚,作为典型案例,我主要对工业激光应用较重要的激光切割产业链、激光焊接产业链、激光打标产业链等三个产业链和各组成部分进行详细分析,找出我们在这些产业链里的优势和问题,并指出我们应该如何突破瓶颈,壮大产业链,做大做强我们的激光产业。
一、激光切割产业链
目前,激光切割应用包括高功率二氧化碳激光切割机、中小功率二氧化碳激光切割机、Nd:YAG激光切割机,另一个近来较热门的应用是高功率光纤激光切割机。一般来说,5mm以上钢板主要用二氧化碳激光器,但5mm以下的切割用Nd:YAG激光器的越来越多,这些得益于高功率Nd:YAG激光器越来越成熟。
非金属材料主要用1000W以下的二氧化碳激光器。我国激光加工设备中激光切割设备规模约为15亿元人民币,其中中小功率激光切割设备市场规模为4.02亿元,而中小功率激光切割加工设备以低价位的玻璃管激光切割加工设备为主,约占中小功率激光切割加工设备85.57%的市场份额,约为3.44亿元。所以主要的切割应用还是二氧化碳激光切割机和Nd:YAG激光切割机。
激光切割适用于汽车行业、计算机、电气机壳、木刀模业、各种金属零件和特殊材料的切割,如圆形锯片、压克力、弹簧垫片、2mm以下的电子机件用铜板、一些金属网板、钢管、镀锡铁板、镀亚铅钢板、磷青铜、电木板、薄铝合金、石英玻璃、硅橡胶、1mm以下氧化铝陶瓷片、航天工业使用的钛合金等等。
从产业链的角度来说,激光切割应用主要包括激光切割工艺和激光切割机。切割工艺研究主要包括材料、检测和分析,几乎所有的研究都在大专院校和研究所,企业则主要做一些简单的切割试验,没有完善的仪器和分析手段,更多的靠反复试验和简单的分析方法,如放大镜看看,用手摸摸,很少去分析材料成分的变化。
目前国内有很强的激光切割机生产能力,包括设计制造切割系统、导光系统工作台运动系统及其关键零部件,也有很强的软件开发能力,生产高功率二氧化碳激光切割机典型企业包括武汉法利莱、楚天激光、上海团结普瑞玛、深圳大族等,但切割机中的二氧化碳激光器和聚焦镜则大部分依靠进口,切割机中几乎一半的成本是激光器,所以我们基本上是在中国“打洋工”,很大部分利润被外国公司拿走了。
就高功率二氧化碳激光器的功率指标来看,武汉科威晶可以生产高达4kW的激光器和正在开发7kW激光器,南京东方可以生产4kW激光器,南京通快可以生产3200W激光器。
但这些公司含有合资或引进国外技术的成分,激光器中的关键零部件也是依靠进口,比如风机和谐振腔镜片等。在低功率二氧化碳激光切割应用中,我国是产销量较大的国家,不仅**国内市场,并且大量出口,形成了较成熟的中小功率二氧化碳激光切割机产业链,包括系统集成、激光器生产和相关的激光配件。
典型厂家有武汉众泰、三工、金运、东莞粤铭、济南金威刻等,但我们的产品也是以低端的直流激励的玻璃管二氧化碳激光器为主,价格低,品质一般,而高端的射频激励二氧化碳激光器只有南京晨锐达一家可以生产和供应市场,但产量很小,较高功率只有50W。
值得庆幸的是,与之相关的激光配件如光学元器件、运动系统和控制软件等已经相当成熟。
高功率Nd:YAG激光切割是近年来中国激光产业发展较快的一个新型产业链,主要动力来源于薄钢板切割和高功率Nd:YAG激光器发展的相对成熟。
在5mm以下钢板切割中,使用固体激光器切割机整体投资较低,适合中小企业自主采购。现在主要用的是500W脉冲固体激光器,该激光器相关的产业如激光电源、金属和陶瓷泵浦腔等也发展比较成熟,质量也已达到产业化要求。
激光器和配件的主要厂家有武汉新特、中谷、华泽宏大等,典型激光切割机厂家有武汉华俄、奥华、华工激光、天琪、金运、广州瑞通等,武汉在全国具有优势,在开发生产高功率固体激光器和切割机的厂家也比较多。主要元器件都是国产的,所有产品在价格上很有优势。目前,攻关主要是在高功率下怎样获得高光束质量和高峰值功率,以便取得更好的切割质量。
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激光加工设备就是利用激光加工技术改造传统制造业的关键技术设备之一,主要产品则包括各类激光打标机、焊接机、切割机、划片机、雕刻机、热处理机、三维成型机以及毛化机等。这类产品已经或正在进入各工业领域。
具体应用
一、在服装行业的应用
因为激光加工工艺具有自动化程度高、加工精确高、速度快、效率高、操作简单方便等特点,适应了国际服装生产技术潮流所以激光加工技术以及设备正在以惊人的速度在服装行业内得到推广和普及。
1、激光切割应用
激光切割过程中,不会使布料变形或起皱,激光切割尺寸精度高,激光切割形状可随着图稿进行任意更改,增加了设计的实用性和创造性。另外,激光切割技术是用“激光刀”代替金属刀,激光切割任何面料,能瞬间将切口熔化并凝固,缝隙小、精确度高达到自动“锁边”的功能。传统工艺用刀模切割或热加工,切口易脱丝、发黄、发硬。
2、激光雕刻应用
激光雕刻是利用软件技术,按设计图稿输入数据进行自动雕刻。激光雕刻是激光加工技术在服装行业中运用较成熟、较广泛的技 术,能雕刻任何复杂图形标志,还可以进行射穿的镂空雕刻和表面雕刻,从而雕刻出深浅不一、质感不同、具有层次感和过渡颜色效果的各种图案。
3、激光打标应用
激光打标具有打标精度高、速度快、标记清晰等特点。激光打标兼容了激光切割、雕刻技术的各种优点,可以在各种材料上进行精密加工,还可以加工尺寸小且复杂的图案,激光标记具有**磨损的防伪性能。
二、在电子工业中的应用
激光加工技术属于非接触性加工方式,所以不产生机械挤压或机械应力,特别符合电子行业的加工要求。另外,还由于激光加工技术的高效率、无污染、高精度、热影响区小,因此在电子工业中得到广泛应用。
1、激光划片
激光划技术是生产集成电路的关键技术,其划线细、精度高(线宽为15-25μm,槽深5-200μm)、加工速度快(可达200mm/s),成品率达 99.5%以上。集成电路生产过程中,在一块基片上要制备上千个电路,在封装前要把它们分割成单个管芯。传统的方法是用金刚石砂轮切割,硅片表面因受机械力而产生辐射状裂纹。用激光划线技术进行划片,把激光束聚焦在硅片表面,产生高温使材料汽化而形成沟槽。通过调节脉冲重叠量可精确控制刻槽深度,使硅片很容易沿沟槽整齐断开,也可进行多次割划而直接切开。由于激光被聚焦成较小的光斑,热影响区较小,切划50μm深的沟槽时,在沟槽边25μm的地方温升不会影响有源器件的性能。激光划片是非接触加工,硅片不会受机械力而产生裂纹。因此可以达到提高硅片利用率、成品率高和切割质量好的目的。还可用于单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池的划片以及硅、锗、砷化稼和其他半导体衬底材料的划片与切割。
2、激光微调
激光微调技术可对*电阻进行自动精密微调,精度可达0.01%一0.002%,比传统方法的精度和效率高,成本低。
集成电路、传感器中的电阻是一层电阻薄膜,制造误差达上15一20%,只有对之进行修正,才能提高那些高精度器件的成品率。激光可聚焦成很小的光斑,能量集中,加工时对邻近的元件热影响较小,不产生污染,又易于用计算机控制,因此可以满足快速微调电阻使之达到精确的预定值的目的。
加工时将激光束聚焦在电阻薄膜上,将物质汽化。微调时首先对电阻进行测量,把数据传送给计算机,计算机根据预先设计好的修调方法指令光束定位器使激光按一定路径切割电阻,直至阻值达到设定值,同样可以用激光技术进行片状电容的电容量修正及混合集成电路的微调。优越的定位精度,使激光微调系统在小型化精密线形组合信号器件方面提高了产量和电路功能。
3、激光打标
激光打标是利用高能量密度的激光对工件进行局部照射,使表层材料汽化或发生颜色变化的化学反应,从而留下*性标记的一种打标方法。激光打标有雕刻和掩模成像两种方式:掩模式打标用激光把模版图案成像到工件表面而烧蚀出标记。
雕刻式打标是一种高速全功能打标系统。激光束经二维光学扫描振镜反射后经平场光学镜头聚焦到工件表面,在计算机控制下按设定的轨迹使材料汽化,可以打出各种文字、符号和图案等,字符大小可以从毫米到微米量级,激光标记是*性的,不易磨损,这对产品的防伪有特殊的意义。
已大量用在给电子元器件、集成电路打商标型号、给印刷电路板打编号等。紫外波段激光技术发展很快,由于材料在紫外波激光作用下发生电子能带跃迁,打破或削弱分子间的结合键,从而实现剥蚀加工,加工边缘十分齐整,因此在激光标记技术中异军突起,尤其受到微电子行业的重视。
激光刀模在印后模切加工的重要性
早期产品为达到商品包装的目的,在不考虑包装外观及成型质量的前提下,对于刀模板普遍采取传统的机械线锯缝隙,手工弯制刀具、人工嵌刀的加工手法,这种传统手法是将需要的产品图纸绘制好后,通过复写纸描绘到模版多层夹板上,然后使用模版锯床按照绘制在模版上的线条进行锯割加工,而后将通过手工定型的刀具嵌装、校准。这种加工成本低,设备一次性投入少,因此目前使用非常普及,俗称手工刀模。但其加工速度慢,精度低,遇到稍为复杂图形或在同一块模版上要求排列多个简单但相同、有一定一致性和精度要求的的图形就无法加工。手工刀模较大的影响了刀模制作和后续工序的工作效率,同时成品误差较大,质量方面难以保证。因此欧美发达国家已经基本上淘汰了这种手工刀模的制作方式,全部更新为数控激光切割设备和配套电脑弯刀机加工的激光排刀模切刀模,俗称激光刀模。
近年来,随着中国加入WTO和经济**化发展,国内市场上消费者对商品包装的要求不断提高,更加趋于精密、个性以及多样化。正是这种需求,使激光数控切割配套电脑弯刀制模代替传统手工制模成为必然的发展趋势。激光刀模加工的原理是将产品的平面设计图纸(CAD模式)或实际产品经过计算机编程后,写成激光刀模切割机和配套电脑弯刀机认可的程序,并在打样设备上打出1:1的清样供技术人员校对;然后将程序输入激光刀模切割机和电脑弯刀机,激光刀模切割机将需要的几何图形在摸版上进行激光切割;电脑弯刀机将刀具预弯成型;最后通过经过培训的技术工人将预弯成型刀具嵌装到经过激光切割的模版上,通过检验、校对,一副激光刀模就加工成功了。激光刀模的特点是用电脑代替了人脑,用激光代替了传统的机械锯割加工,使产品的一致性、重复性有了质上的飞跃。
激光具有高亮度,高方向性,高单色性和高相干性的四大特性。激光束经过聚焦后可获得较高的能量密度。目前在工业上已成功地用激光束进行切割,打孔,焊接和材料表面改质处理等。其中激光切割是应用较广泛的成熟加工方法之一,它占整个激光加工的70%以上。与其它方式相比具有高速,高精度和高适应性的特点。激光切割还具有割缝细,缝隙均匀、热影响区小,切割面质量好,切割无噪音,切割过程容易实现控制自动化等优点,正适应激光刀模的加工工艺。基于激光的众多特性和优点,激光对外协作加工目前已形成一个新兴的朝阳行业,有着广阔的应用空间和市场前景。目前在包装业发展迅速的东部经济发达地区(尤其的长三角地区,珠三角地区和东部沿海城市),已拥有激光制模生产已经初具规模,承接着国内80%的精密制模业务,而且规模正在迅速膨胀,据有关部门统计,这些地区的激光制模生产线普遍存在供需日益矛盾的现象(大部分厂家每天满负荷运转仍然不能满足客户日益增长的需求,大部分厂家都有扩大规模的计划)。其他中西部地区还没有多少专业激光制模生产线,可以肯定,这些地区发展激光刀模的市场潜力巨大。
现在,也有一些企业使用了用小功率激光机在刀模模版上进行激光刀痕电脑刻绘,然后使用传统的机械锯割加工进行刀槽加工,手工嵌装刀具的,本人认为,该加工工序只是一个过度阶段,模切刀具的发展方向必将是激光排刀模切刀模。
随着企业印后摸切加工自动化改造步伐正在加快,激光刀模取代传统手工刀模是必然的发展趋势,当然,激光刀模与传统的手工刀模也将经过一个共存的阶段,只有通过这一个共存阶段,才能使激光刀模显示出其技术上的先进性和强有力的生命力,作为激光刀模的加工企业,也应该用自己*的服务,为宣传、推广这一棵新星而作出较大努力。
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