水刀引導式激光器是激光器技術和水流技術的混合技術。在這個獨一無二的激光切割工藝中,一個纖幼線狀水刀被用作光波導,以使高功率激光射在工件上。與傳統(tǒng)激光切割工藝相比,這種方法的主要優(yōu)勢在于:(1)平行的側(cè)壁砸琅；(2)工件的低熱量輸入,歸功于工件在激光脈沖之間的冷卻恰好發(fā)生在它之前被加熱的位置；(3)熔融金屬及時排出,歸功于水刀的高動量轴踱。相比與鋸切,這種技術切割金屬可以達到無毛刺效果,施加在工件上的機械壓力也小得多症脂。

水刀引導激光切割系統(tǒng)的圖示見圖1,其中使用的水刀是5至50兆帕的純?nèi)ルx子水和過濾水。噴嘴是由藍寶石或鉆石制成,以確保能夠產(chǎn)生長而穩(wěn)定的水刀寇僧。激光束,通過光纖由激光器傳出,被校準,經(jīng)過擴束器,然后集中穿過一個石英窗口,進入噴嘴摊腋。耦合單元和平常的光纖耦合單元類似,只除了噴嘴里的光亮度分布是平頂?shù)?而且沒有高斯分布沸版。當激光進入水刀中,光在空氣和水的接口處發(fā)生完全內(nèi)反嘁傀。

在切割過程中,工件被固定在一個CNC工作臺上,在水刀引導的激光束下朝著一個方向移動兴蒸。光頭沿著與之垂直的方向移動,只有在為了適應不同水壓下的不同噴嘴尺寸的各種工作距離時,才有必要變動工作臺和工件之間的距離。在切割過程中不會變動细办。

五年多以來,這一工具已經(jīng)在很多加工方面得到應用间歌。在這期間,與傳統(tǒng)激光切割技術相比,LMJ水刀引導激光器在工業(yè)應用方面顯示出各種各樣的優(yōu)勢。

通常,LMJ技術使用固體Nd:YAG紅外激光器(1064nm,50-200W)认施。紅外水刀引導激光器應用在硅鹅址、陶瓷和硬金屬、立方氮化硼多蜕、錳鋅系磁芯以及金屬薄膜上有很高的效率妨谦。使用這一類型的激光器可獲得優(yōu)于磨鋸方法8倍的切割速度。LMJ系統(tǒng)在諸如GaAs嘀回、GaN以及銅這樣的脆而難以機械加工的材料上具有很高的效率显而。

這些材料對于去離子水的接觸不敏感。所有的半導體產(chǎn)品都是通過平版印刷以及濕蝕刻加工生產(chǎn)的,并且經(jīng)常和去離子水以及含水的方法接觸蜜裸。所以在這些材料的切割過程中,水的參與是完全可以的楷芝。

因為綠光(532nm)的吸收系數(shù)比紅外光稍少,我們做了一個試驗,用200W的綠光激光器,看看在獲得和紅外激光器相同的切割質(zhì)量的情況下是否能夠得到更快的速度。結(jié)果是正面的,200W的綠光激光器完全可以輕易得到更高的速度,特別在半導體工業(yè),水刀激光器技術的優(yōu)勢能夠轉(zhuǎn)化為無碎片沧气、無毛刺以及無破損角,甚至像75微米的芯片那么薄也沒問題裕砖。

迄今為止,這項技術僅僅使用了紅外和綠光激光器。從而材料適用的范圍限制在對這些波長有充足吸收率的材料中牍懂。所以,切割透明材料(玻璃鸵隧、鉆石、藍寶石意推、透明聚合物)是很難的,甚至是不可能的掰派。紫外光在透明材料中有更好的吸收率,所以一個適用紫外激光的設想在微噴射技術領域被提出。

一個適用于紫外波長的裝置已經(jīng)建立,它使用了石英和CaF2透鏡左痢。

這一理論顯示可用波長被限制在吸收率比水低的范圍內(nèi),也就是說吸收率要低于1/cm靡羡。紫外光被包含在這一窗口中,但是到目前為止還沒有做高強度的實驗。

Microjet設備是可以組合的俊性。激光源通過一根光纖和切割頭相連略步。為了避免損害光纖,直徑50微米的水刀使用直徑100微米的纖芯。紫外激光的引入應該會帶來新的切割應用的領域,比如透明材料,同時也會出現(xiàn)更小的水刀直徑定页。
一個紅外多模激光器需要水刀有非常小的噴嘴趟薄。因為聚焦擴展激光束進入水刀的必要尺寸,這種需求很難達到。

其它新的加工能力,比如切割或雕刻透明材料,諸如聚合物典徊、玻璃杭煎、鉆石以及藍寶石是非常有前景的應用。比如,紫外激光可以為半導體工業(yè)切割硅芯片,由一層玻璃或鉆石覆層,這種材料常被用來生產(chǎn)快速光電組件卒落。在電子工業(yè)中也同樣具有前景,因為PCB中玻璃和Kevlar光纖的存在,尤其是富有彈性的,很難使用標準微噴射切割方法來達成

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