OFwee網訊：對於高精密（mì）的應用，固定加工（gōng）頭微切割是一種有潛力、在一些應用可以替代冷消融（róng）的加（jiā）工方式。該加工方式可進一步通過錐角補償、加工氣體供給或工件處理優化。

　　介紹

　　超短脈衝（USP）現在已經（jīng）慢慢從（cóng）研究實驗室轉移到了工業微加工。皮秒和飛秒級別的脈（mò）衝（chōng）寬度使得材料能（néng）夠不經過液化直（zhí）接氣（qì）化。通過冷消融（róng）可以實（shí）現對玻璃、金屬、陶瓷和聚合物的逐層（céng）去除。鍾表業（yè）正在使用這種技術進行精細（xì）雕刻，掃描振鏡對複（fù）合材（cái）料的切割和鑽孔不會造成任何的熱影響區（HAZ），因而產生的表麵和邊緣質量（liàng）較（jiào）高（見（jiàn）圖1）。

　　圖1：USP激光器（qì）通過冷消（xiāo）融（róng）的方式進行微加工。

　　左（zuǒ）：在一個聚合物芯片係（xì）統實驗室（shì）上約200μm寬（kuān）的微通道。

　　右：高邊緣質量的銅表針，顯示出一個明顯的錐角（寬度（dù）為0.7mm）。

　　然而，對於某些應用，使（shǐ）用掃描（miáo）振鏡冷消（xiāo）融（róng）的（de）加工方式得到的精度與錐角是不夠的。錐角是在切割縫（féng）的邊界時產生的，部（bù）分是因為激光能量密度（每單位麵積的能量）在那裏比較低，部分是因（yīn）為材料在那裏再沉積。對於這些應用，使用固定加工頭（tóu）、加工（gōng）氣體噴嘴和高（gāo）精度軸是很有優勢的（de）。然而，軸的加速度（dù）和速度與掃（sǎo）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。即使是局部熔化材料也不能完全排除這種現象。盡管如此（cǐ），可以依舊保持工件質量（liàng）。與固體激光器和的“熱”相比，超短脈衝確保引入的熱量在時間和空（kōng）間上是可控的。因此，仍然不會（huì）對工件造成熱影響。用固（gù）定（dìng）加工頭的USP激（jī）光微切割就如同微米範圍的熱（rè）加工。

　　更加陡的錐角和良好的邊緣質量

　　與掃（sǎo）描振鏡的冷消融加工方式相比，如果能正確采用固定加工頭微切割加工，則能形（xíng）成更陡的錐角，同時保持良好的邊緣質量。優化的噴嘴能夠提供加工（gōng）氣體，在高壓下去除材料的（de）切縫。除了激光參數，噴嘴的幾何形狀和位置，以及加工氣體的類型和壓力同樣顯著影響著切割效果。另一個重要的方麵就是合（hé）適的工件固定夾（jiá）具的發展，同時支持可靠的固定和材料的自由切割（圖2）。要將設（shè）計圖導入激光係統加工時，必須考慮（lǜ）激光的切入以及出（chū）口（kǒu）的位置。當涉及（jí）高精度，工藝的開發和質量的控製時，就需要適當的測（cè）量設備，才能夠可靠地測量幾微米（mǐ）和表麵粗糙度值低於一微米的（de）公差。

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

　　左：直徑約（yuē）5毫米的齒輪。

　　右：為了實現良好（hǎo）的質量（liàng），由噴嘴（頂部）提供加工氣體和合適的工件固定是必不可少（shǎo）的。

　　固定光學能夠對金屬、矽（guī）和陶（táo）瓷等材（cái）料進行微切割（圖3）。為了提高成本效率和生產（chǎn）率，可以（yǐ）考慮平行的加工頭。通快高功率超短脈衝激（jī）光TruMicro支持（chí）這（zhè）樣的分（fèn）光方法（圖4）。

　　圖3：固定光學微切割陶（táo）瓷。

　　左：約5mm直徑的部分，是（shì）鍾表行業應用的一個測（cè）試幾何形狀。

　　右：藍寶石和（hé）矽也可以用這個方法來切割。

　　提高零件質量的後（hòu）續處理方法

　　各種後續的處理也許能夠進一步提高工件質量。在絲電火花加工和微細銑削的情況下，可以考（kǎo）慮（lǜ）熱處理（lǐ）以獲得目標強度、硬度或（huò）退火材料。為了優化粗糙的表麵（miàn），如果需要的話，可以用一（yī）些化學的機械後處（chù）理方（fāng）法。激光切（qiē）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（dìng）光學微切割或（huò）鑽加工方（fāng）式最（zuì）重（chóng）要（yào）的領域之一，如紅寶石微軸承、手表手柄或其他元素。

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

　　為鑽（zuàn）小（xiǎo）孔設計的開孔加工頭

　　在加工過程中，通常我們需要得到一個陡的90度錐角。對於小孔的鑽孔，使用所（suǒ）謂的開孔加工頭可以做到。當它涉及到更複雜的幾何形狀的微切割時，這（zhè）種類型的方法也變得（dé）越來（lái）越有優勢。從熱（rè）管理（lǐ）的角度來看，這（zhè）個加工方式與使用精確的機械（xiè）軸固定加工頭（tóu）微（wēi）切（qiē）割來加工是類似的（de）。然而，一些開發工作仍需改（gǎi）進現有開（kāi）孔加（jiā）工頭，使得它們變得更人性化，適用於比較（jiào）複（fù）雜的工業微切（qiē）割應用。一個有趣（qù）而具有挑（tiāo）戰性（xìng）的（de）選擇是工（gōng）件夾具（jù）由一個傾斜的錐角來補償，特別是切割出整個工件。