Erwin Wagner, Raylase公司技術(shù)中心副主任
非常感謝有機(jī)會在2016亞歐國際工業(yè)激光峰會作演講報(bào)告。首先簡單介紹一下Raylase公司。公司位于德國,主要從事掃描振鏡的設(shè)計(jì)、生產(chǎn),Raylase算是一家中小公司,有100多名員工,包括在深圳設(shè)有分公司。
Raylase公司目前主要產(chǎn)品包括激光束偏轉(zhuǎn)單元、2-軸振鏡、3-軸振鏡、超高速掃描單元、控制卡、軟件等。
今天主要給大家探討一下超短脈沖激光器的應(yīng)用方案。超短脈沖激光具有良好的加工質(zhì)量與效率,然而在實(shí)際應(yīng)用中,元件配套的不合理,應(yīng)用方案的不適宜,會導(dǎo)致產(chǎn)量不理想,加工質(zhì)量不能很好地體現(xiàn)。
對增產(chǎn)的限制因素
1)工件上的熱量積累
超短脈沖激光器,加工鐵片, 1030nm, 6皮秒, 800千赫茲。
圖中可見,隨著功率的增加,金屬片的加工效果就會變差。對于高質(zhì)量加工,能量輸入量與時(shí)間都是有限制要求的。你的激光系統(tǒng)功率應(yīng)用可能性介于(50-500W)。
2)掃描系統(tǒng)的效率
目前很多用戶使用的掃描系統(tǒng)可能出現(xiàn)以下問題:
•最大掃描速度受到實(shí)際掃描振鏡的掃描頭的限制;
•高重復(fù)率的超快激光器在應(yīng)用中出現(xiàn)太高脈沖重疊;
•缺乏正確同步的所要求脈沖控制的超快激光器
掃描系統(tǒng)存在這樣的問題,會導(dǎo)致構(gòu)造、鉆孔、穿孔應(yīng)用效率比傳統(tǒng)技術(shù)還會慢了,沒有成本優(yōu)勢。沒有明顯的加工質(zhì)量優(yōu)點(diǎn),設(shè)備成本高。接下來我為讀者提供2個(gè)提高產(chǎn)出量的解決方案:
方案1:多光束掃描頭(MBS)
方案一MBS以及方案二UHSS
這個(gè)方案的光學(xué)原理如下圖所示,使用光束分離器分離成若干光束,通過掩膜(mask)后,每一光束平行通過一個(gè)掃描頭。
衍射光學(xué)元件(DOE)
典型配置:
一維的:
?1x2 光斑
?1x6 光斑
?1x10光斑
二維的:
?4 x 4光斑
?10 x 10光斑
?14 x 14光斑
方案2:超高速掃描頭(UHSS)
這個(gè)產(chǎn)品是由兩個(gè)掃描頭、Y線振鏡、X校正振鏡、傳感器、F-theta等組成的,激光束通過偏轉(zhuǎn)鏡,進(jìn)入多邊形掃描組合,再進(jìn)過系列的過程,能夠提供精確的加工,滿足高端制造的需求。
有一個(gè)事情非常重要,就是激光輸出的頻率與掃描系統(tǒng)的配合。如下圖激光器頻率與掃描頭調(diào)節(jié)至同步。
超高速掃描頭規(guī)格說明 |
|
掃描速度 *1) |
200 m/s147 m/s100 m/s70 m/s |
場域大小 *1) |
160 x 160 mm |
f-Θ 光學(xué)焦距 |
254, 255 mm |
波長 |
1064, 532 nm |
入射光束孔隙 |
15 mm |
光斑大小: M²=1 |
25, 15 μm |
掃描頭維度 |
250 x 250 x 250 mm |
清晰度 X |
< 3 μm |
清晰度 Y |
< 3 μm |
可重復(fù)性 X |
< 15 μm |
可重復(fù)性 Y |
< 15 μm |
最大Y沿著X偏差(noise) |
< 15 μm |
X的脈沖分離 |
@200m/s:> 60μm *2)@70m/s:> 20μm *2) |
支持激光器 |
Lumentum PicoBlade, PicoBlade2EoliteChinook |
*1) F-Theta f=255, JenoptikJENar® 255-532 -233, (532 nm) SILL LFT4255/126 (1064 nm) |
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*2) Limited by TBW PoD(Pulse On Demand) maximum rate of 3.5MHz |
UHSS的應(yīng)用
·太陽能電池制程
·鉆孔/穿孔
·Ablation消融
·表面構(gòu)造
另外,我們的這個(gè)產(chǎn)品還用于歐洲“地平線2020”項(xiàng)目No. 687613, TresClean;
超短脈沖激光器在金屬表面的高產(chǎn)出構(gòu)造;
激光重復(fù)率高達(dá)20 MHz;
激光功率達(dá)到1 KW (1030 nm) 或者 500 W (515 nm)。
以下是UHSS的一個(gè)加工案例
波長532 nm, f-255 物件, 場域160x160 mm
591 x 291 像素, 所需脈沖加工, 加工時(shí)間0.65秒
總結(jié)
超短脈沖激光器的高產(chǎn)出應(yīng)用掃描解決方案是可行的,并且具有明顯的加工優(yōu)勢,兩種掃描系統(tǒng)解決方案必須根據(jù)用戶的應(yīng)用需求來選擇,比如多光束解決方案就適用于一些復(fù)雜的材料加工。如有更多關(guān)于掃描振鏡系統(tǒng)的問題,可與我司聯(lián)系。謝謝!
整理:Johnny
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