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。
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、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;电脑弯刀机将预弯成型;后通过经过培训的技术工人将预弯成型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特性。激光束经过聚焦后可获得高的能量密度。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,手工嵌装的,本人认为,该加工工序只是一个过度阶段,模切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大努力。
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。
各种刀模的优劣对比,教你如何选择合适的刀模?
认识刀模
刀的种类从刀锋角度,刀身和刀锋的硬度,刀锋的纹路,刀锋和刀身的表面加工工艺来区分的话,就不下 100多种。
刀模的开发与制作是建立在,深刻理解客户产品需求信息和对材料有相当了解的基础上的。客户要表达的信息,都呈现在那张设计图上,所以要审图在先,把客户的要求转换成自己的工艺流程,终产品的呈现。
设计生产工艺流程,就要求工程人员对材料有相当的认识。还有另一个要素就是,对自己公司的机器的性能也要相当的了解,可以这样说:认识材料、了解机器生产性能,这是必须*的基本功。
知道客户要得到的是什么、知道材料的属性、再联想我们机器的生产性能,在脑海中构造生产时的情景,会出现的问题,怎样解决?解决的方案就是你设计的工艺流程,而刀模就是能把你的所思所想变成现实的重要工具。能否达成客户的需求,就看你那把刀制作的怎样了。
激光刀模
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。
蚀刻刀模
蚀刻刀模、雕刻刀模是继激光刀模后发展出的一种精度高、难度高、刀口无缝、切断线条光滑、重复精度高的刀模。其主要应用于软性电路板 FPC,电子薄膜,偏光片,背光片,透光片,折射片,不干胶,纸工艺, 麦拉片PET……
雕刻刀模
在模切行业中比较常用的产品,一般用于冲压出所需的模切产品的形状。其精度较高。
五金刀模
利用上下各三块特种钢材板夹结构的套合冲切模具,在基板之沿封闭或敞开轮廓线使材料产生分离的。五金刀模下模的寿命和孔的刀口高度有直接联系,刀口无法再研磨时五金模的寿命就结束了。
QDC模具
QDC 模即采用模块组合的方式,使用雕刻刀模或腐蚀刀模安装到五金冲模模座中,进行冲切、清废;可以根据不同的模切需要进行快速模具更换,兼顾刀模的优势和冲模的精度、稳定性。
各种刀模优缺点对比
蚀刻刀模与激光刀模对比:
蚀刻刀模
激光刀模
1.成品设计限制小:角度及窄小缝隙依然能成型,适用于电子材料的模切
1.成品外形设计较大限制多,适用于一般彩盒或较要求不高的工件
2.刀面平整、替换快,节省因测试时所耗费的材料与时间
2.刀面平整度较差,常须使用垫片调整,需人员操作,耗时费材
3.同一套,可轻易做高低刀组合,面对复杂工件可一次成型,符合时间与精度要求
3.高低刀组合较难控制
4.同一刀口可变化不同角度,应对多种不同材料变化
4.只能制作一种角度,无法变化
5.无缝刀口、且垂直度佳、切断面光滑。尤其用于光学膜
5.刀口有接缝
6.调模时间短
6.调模时间长
7.数个同图形在同一模上,尺寸趋近相同
7. 数个同图形在同一模上,尺寸相差较大
8.同一把刀重复制作,误差趋近于零
8.同一把刀重复制作,误差较大
木模与蚀刻模、镜面蚀刻刀模优、缺点比较:
木模
蚀刻模
镜面蚀刻模
优点
1.单价低;
2.镜面、刺;
3.交期快(12 小时内)。
1.无接刀口;
2.尺寸不变;
3.模切次数较多。
1.镜面处理后的蚀刻模不会产生毛刺等问题;
2.所有蚀刻模的优点都存有。
3.交期尽量改善至 12 小时内;
4.单价可议(推广时间)。
缺点
1.有接刀口;
2.尺寸会因外部因素而改变;
3.模切次数不够多。
1.单价偏高;
2.因无镜面处理故裁切背光模 (如扩散片、菱镜片等)时易产生毛 刺、粉尘等问题。
模切不同的材料要用不同的刀片才能达到佳效果。还有刀模、材料、弹力海绵垫的3者的配合也至关重要。有一些材料经过模切后会产生尺寸变异,要做出好的刀模,也是需要刀模厂对材料的特性有了解,然后制定相应的加工工艺。
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