激光切割设备在陶瓷切割、钻孔中应用

2016-11-30 10:52 来自:拓普银光电

陶瓷是一种高熔点、高硬度、高耐磨性、耐氧化的功能材料,特点是硬度高、刚度高、强度高、无塑性、热稳定性高、化学稳定性高等,同时也是良好的绝缘体,常常用于军工、航空航天、高端PCB等领域中。
 
在军工、航空航天、3C行业中应用的陶瓷主要为氧化物陶瓷、碳化物陶瓷、金属陶瓷、氮化物陶瓷等,具有特殊的力学、光、声、电、磁、热等特性。
 
陶瓷材料的功能特点和性能特点,在加工过程中的要求精度高、加工效果好、速度快,使得加工难度提升。传统的加工方式主要是通过CNC机械加工,速度较慢,精度低,这种方式已经越来越不适合在精密度要求更高的条件下使用。在这样的前提条件下,激光切割技术的不断突破在陶瓷切割、划片、钻孔中的应用逐渐取得话语权。
 
陶瓷激光切割的优势
陶瓷激光切割的优点在于非接触加工方式,不会产生应力,激光光斑小,这就意味着切割的精度高。对比CNC加工模式,加工过程中与材料有接触,要保证精度就会要降低加工速度,这也是激光切割加工模式的精度和效率高的体现,机械版的没有对比就没有伤害。
 
陶瓷激光切割的劣势
激光切割加工的劣势相比较而言也非常明显,一般来说常规的电子陶瓷材料的厚度普遍在3mm以下,这也是大部分激光切割加工陶瓷材料的极限,并不是说激光加工不能切割更厚的厚度,而是加工过程中的速度不如CNC加工,加工的效果也不如CNC,边缘会有发黑现象。尤其是氧化锆陶瓷切割过程中超过3mm局部会有崩边,切割发黑严重。
 
陶瓷激光切割机的种类
目前的激光切割市场上能够切割陶瓷的设备有紫外激光切割机、可调脉宽红外激光切割机、皮秒激光切割机和CO2激光切割机,以拓普银光电为例,主要采用进口紫外激光切割机、皮秒激光切割机和QCW红外激光切割机加工陶瓷,两种设备分别对应不同材料和厚度的陶瓷加工件。
 
1.紫外激光切割陶瓷
采用AOC或者SP进口激光器,功率8-20W可选切割陶瓷,主要针对1mm以下陶瓷材料的加工,特别适合于软陶瓷加工,如氯化钠陶瓷切割、氯化镁陶瓷切割,这种软陶瓷材料可根据功率的不同切割6mm以下陶瓷材料。而对于氧化铝、氮化铝、碳化铝等材料而言,紫外激光切割设备只适合于1mm以下切割,超过一定厚度速度较慢。
 
另外,紫外激光切割机在切割较厚陶瓷或者钻孔过程中会有一定的锥度,且对于氧化锆和氧化铍材料而言,会有一定程度的发黑。

 
氯化钠软陶瓷激光切割
 
氮化铝陶瓷激光钻孔(紫外陶瓷钻孔有锥度,未加气体有发黑现象)
 
2.QCW陶瓷激光切割机
QCW陶瓷激光切割机根据激光器的分类可分为单模激光器和多模激光器,根据切割的需求配置,一般来说单模激光器的切割效果更好,但是也更贵。
 
QCW陶瓷激光切割机的主要切割厚度为3mm以下材料,适用于氧化铝、氮化铝、氧化锆、氧化玻、氮化硅、碳化硅、氧化硼、氮化硼等陶瓷材料切割,同时也可以加工硅片、不锈钢、铝、铜、钛、合金、碳钢等材料。
 
1.2mm氧化铝陶瓷激光切割
 
0.6mm陶瓷PCB激光切割
 
陶瓷材料激光钻孔
 
陶瓷激光钻孔
 
硅片激光切割
 
3.皮秒激光切割陶瓷
皮秒切割陶瓷材料的优势在于脉宽段,在1ps的单位时间内的瞬间功率大,可以穿透材料表面形成切割,由于时间短,对材料的接触能量影响非常小,也就意味着切割质量好,相比较于目前市场上的其他光源,切割质量最为理想,且切割速度更快,缺点在于他的价格昂贵,基本上只能采用进口激光器,对于拓普银光电而言反而有优势,拓普银光电的母公司美国ESI有自己的皮秒激光器,价格更优优势。
 
 
1.7mm氧化锆陶瓷皮秒激光切割
陶瓷材料的功能特性决定了他的使用优势和范围,随着技术的不断发展,陶瓷材料应用也越来越广泛,价格也越来越便宜,不管是原材料制作还是加工的技术更加成熟,今后的发展也会是一种主流方向,而其中陶瓷激光切割机扮演的角色不可或缺。
 
推荐设备——QCW陶瓷激光切割机