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
激光切割
激光切割可对金属或非金属零部件等小型工件进行精密切割或微孔加工,具有切割精度高、速度快、热影响小等优点。3C产品上常见的激光切割工艺有:蓝宝石玻璃手机屏幕激光切割、摄像头保护镜片激光切割、手机Home键激光切割、FPC柔性电路板激光切割、手机听筒网激光打孔等等。
手机Home键激光切割
手机内部的摄像头支架非常精细,它的精度直接影响到手机摄像头的安装。为了保证拍照效果,每一个摄像头产品要保持较高的一致性,切割支架的时候需要用到切割夹具,还有可能用到高清晰CCD进行定位。
锦帛方激光精密激光切割机,采用原装进口精细切割头,采用切割工艺,通过变频控制实现降低毛刺,提高产品精度。切割一致性好无变形,没有刮渣和毛刺。这样的精度和加工效率是传统加工方式无法比拟的。
激光切割原理是由电子放电作为供给能源,通过He、N2、CO2等混合气体为激发媒介,利用反射镜组聚焦产生激光光束,从而对材料进行切割。
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适合采用CO2激光切割的产品大体上可归纳为三类:
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:要求均匀切缝的零件。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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激光的应用领域
国外除上述应用外,还在不断扩展其应用领域。
⑴采用三维激光切割系统或配置工业机器人,切割空间曲线,开发各种三维切割软件,以加快从画图到切割零件的过程。
⑵为了提高生产效率,研究开发各种切割系统,材料输送系统,直线电机驱动系统等,如今切割系统的切割速度已**过100m/min。
⑶为扩展工程机械、造船工业等的应用,切割低碳钢厚度已**过30mm,并特别注意研究用氮气切割低碳钢的工艺技术,以提高切割厚板的切口质量。因此在中国扩大CO2激光切割的工业应用领域,解决新的应用中一些技术难题仍然是工程技术人员的重要课题。
关键技术一
CO2激光切割的几项关键技术是光、机、电一体化的综合技术。
激光束的参数、机器与数控系统的性能和精度都直接影响激光切割的效率和质量。特别是对于切割精度较高或厚度较大的零件,必须掌握和解决以下几项关键技术:
焦点位置控制技术
焦点位置控制技术:激光切割的优点之一是光束的能量密度高,一般10W/cm2。由于能量密度与4/πd2成正比,所以焦点光斑直径尽可能的小,以便产生一窄的切缝;同时焦点光斑直径还和透镜的焦深成正比。聚焦透镜焦深越小,焦点光斑直径就越小。但切割有飞溅,透镜离工件太近容易将透镜损坏,因此一般大功率CO2激光切割工业应用中广泛采用5〃~7.5〃〞(127~190mm)的焦距。实际焦点光斑直径在0.1~0.4mm之间。对于高质量的切割,有效焦深还和透镜直径及被切材料有关。例如用5〃的透镜切碳钢,焦深为焦距的+2%范围内,即5mm左右。因此控制焦点相对于被切材料表面的位置十分重要。顾虑到切割质量、切割速度等因素,原则上6mm的碳钢,焦点在表面之上;6mm的不锈钢,焦点在表面之下。具体尺寸由实验确定。
在工业生产中确定焦点位置的简便方法有三种:⑴打印法:使切割头从上往下运动,在塑料板上进行激光束打印,打印直径小处为焦点。⑵斜板法:用和垂直轴成一角度斜放的塑料板使其水平拉动,寻找激光束的小处为焦点。⑶蓝色火花法:去掉喷嘴,吹空气,将脉冲激光打在不锈钢板上,使切割头从上往下运动,直至蓝色火花大处为焦点。对于飞行光路的切割机,由于光束发散角,切割近端和远端时光程长短不同,聚焦前的光束尺寸有一定差别。入射光束的直径越大,焦点光斑的直径越小。为了减少因聚焦前光束尺寸变化带来的焦点光斑尺寸的变化,国内外激光切割系统的制造商提供了一些的装置供用户选用:
⑴平行光管。这是一种常用的方法,即在CO2激光器的输出端加一平行光管进行扩束处理,扩束后的光束直径变大,发散角变小,使在切割工作范围内近端和远端聚焦前光束尺寸接近一致。
⑵在切割头上增加一立的移动透镜的下轴,它与控制喷嘴到材料表面距离(stand off)的Z轴是两个相互立的部分。当机床工作台移动或光轴移动时,光束从近端到远端F轴也同时移动,使光束聚焦后光斑直径在整个加工区域内保持一致。
⑶控制聚焦镜(一般为金属反射聚焦系统)的水压。若聚焦前光束尺寸变小而使焦点光斑直径变大时,自动控制水压改变聚焦曲率使焦点光斑直径变小。
⑷飞行光路切割机上增加x、y方向的补偿光路系统。即当切割远端光程增加时使补偿光路缩短;反之当切割近端光程减小时,使补偿光路增加,以保持光程长度一致。
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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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