利用短脈沖激光器進(jìn)行精確螺旋狀鉆孔
與線切割放電加工，化學(xué)蝕刻，機(jī)械加工/切割，電鑄，以及其他加工技術(shù)相比，激光打孔設(shè)備的性能要好，這是因為激光加工是非接觸式的，并且更靈活。此外，加工過程所受的限制更少，不需要進(jìn)行昂貴的廢棄物處理，工具的成本也更合理。與放電加工相比，激光打孔能夠得到更高的長度直徑比，此外，它能夠?qū)Ω鞣N材料進(jìn)行打孔，包括陶瓷，硅，鉆石和聚合物。
圖1 用于打孔的光學(xué)裝置
由于使用了靈活的激光光束來掃描，甚至非圓形且具有復(fù)雜外形的小孔都可以得到。在制造尺寸很小的孔的方面，已經(jīng)有一系列非接觸、無摩擦的技術(shù)，它們使用了緊密聚焦的光束，這些技術(shù)已經(jīng)在微電子制造工藝和發(fā)動機(jī)零件的制造中建立了一定地位。如果小孔必須是圓錐形，將遇到特別的困難，因為在打孔方向上直徑不斷在增加。這種幾何形狀在一些零件中是需要的，比如噴嘴組件，它們從反向是無法達(dá)到的。Fraunhofer激光技術(shù)研究中心（ILT）的科學(xué)家已經(jīng)開發(fā)了這樣的打孔技術(shù)，使用了一種新型的精確打孔的光學(xué)裝置，它能夠提供很高的掃描速度，且能得到的小孔幾何準(zhǔn)確率更高。
圖2 60ìm的小孔
使用激光輻射來打孔已經(jīng)在各種工業(yè)應(yīng)用中已確立其地位。激光技術(shù)從手表工業(yè)首先開始其應(yīng)用。當(dāng)需要在節(jié)能條件下得到高深寬比的小孔時，比如在氣體渦輪機(jī)制造中的冷卻小孔，或者在燃料供給系統(tǒng)中的過濾器，都使用了激光，它已成為一個普遍的工具。在這些應(yīng)用中，應(yīng)用脈寬為幾個微秒的單脈沖進(jìn)行激光鉆孔或者沖擊鉆孔能夠得到的鉆孔速度較高。但是因為激光加工主要是個加熱過程，激光鉆孔導(dǎo)致孔內(nèi)殘留有熔化層。由高強(qiáng)度的激光脈沖熔化或者汽化的材料在被自己的蒸汽傳送出去以前，會在孔壁上凝結(jié)或者重鑄。在沖擊鉆孔中更是如此，這里激光束沒有移動，總是打在同一個地方，這導(dǎo)致所產(chǎn)生的熔化體積很大。更短的脈沖（在飛秒和皮秒量級）所產(chǎn)生的熱滲透深度更淺，然而仍然會殘留熔化層。但是，使用這類激光器時，生產(chǎn)率很低，這是因為在脈沖能量高的情況下，激光功率不夠。
使用稱為螺旋式打孔/穿孔法的打孔技術(shù)就可以克服這些質(zhì)量和生產(chǎn)率方面的限制。在這個技術(shù)中，使用了緊密聚焦的短脈沖激光束，沿著中心點旋轉(zhuǎn)，嚴(yán)格的描繪出小孔的幾何外型。打孔過程中，每一小部分材料相繼的被蒸發(fā)，范圍限定得很好的激光脈沖被旋轉(zhuǎn)和重疊使用。使用這項打孔技術(shù)時，在整個打孔過程中，孔壁一直被加熱，這就阻止了重新凝固的過程和白色厚層的產(chǎn)生。使用了這項技術(shù)，甚至在納秒范圍的“長”脈沖也可以被使用，從而使得較大量材料的蒸發(fā)和更高的生產(chǎn)率成為可能，能夠得到使用皮秒脈沖才能得到的效果。螺旋式打孔的光學(xué)裝置取決于激光束的可聚焦性，它能夠在厚度為1mm的材料上打出直徑達(dá)30微米的圓形小孔。
摘自ofweek激光網(wǎng)
