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激光切割机的几个基础知识,你必须掌握!!(第二讲)

来源:www.laser08.com 时间:2022-07-25 点击:677
自 1970 年代以来,激光一直用于切割。在现代工业制造中,激光切割越来越多地用于切割薄板、塑料、玻璃、陶瓷、半导体和纺织品、木材和纸张以及其他材料。
激光切割在精密和微加工中的使用在未来几年也将强劲增长。
当聚焦的激光束撞击物体时,照射区域会变得非常热,导致材料熔化或蒸发。当激光束进入工件时,切割过程开始:激光束随着材料的熔化沿轮廓移动。通常,空气射流将熔体吹离切口,从而在切口区域和板框之间形成几乎聚焦的激光束的狭窄空间。
火焰切割
火焰切割是一种使用氧气作为切割气体的标准低碳钢切割工艺。氧气以 6 bar 的最大压力供应并吹入烧杯中。在那里,加热的金属与氧气发生反应:它开始燃烧和氧化。化学反应释放大量能量(高达激光能量的五倍)以帮助切割激光束。
熔融切割
熔融切割是金属切割中使用的另一种标准工​​艺。也可用于切割陶瓷等其他低熔点材料。
氮气或氩气用作切割气体,气体以 2-20 bar 的压力吹过切口。氩气和氮气是惰性气体,这意味着它们不会与切割的熔融金属发生反应,而只是将其吹走。同时,惰性气体可以保护切割刀片免受空气氧化。
压缩空气切割
压缩空气也可用于切割薄板。 5-6巴压力的空气足以吹动熔融金属进行切割。由于空气中含有近 80% 的氮气,因此空气切割本质上是熔切。
等离子切割
通过正确选择参数,等离子切割区域会形成等离子云。等离子云由电离金属蒸气和电离切割气体组成。等离子云吸收来自 CO2 激光的能量并将其转化为工件,将更多能量传递给工件并更快地熔化材料,从而加快切割速度。因此,这种切割工艺也被称为高速等离子切割。
与固态激光相比,等离子云几乎是透明的,因此只有 CO2 激光可以用于等离子辅助融合手术。
气割
蒸发切割使材料蒸发,最大限度地减少对周围材料的热影响。这可以通过连续低温 CO2 激光处理以蒸发高吸收性材料(如塑料薄膜)和非熔化材料(如木材、纸张和泡沫)来实现。
在超短脉冲激光器的帮助下,这种方法也可以应用于其他材料。金属中的自由电子吸收激光并变得非常热。激光脉冲不与熔融粒子和等离子体反应,材料直接升华,没有时间以热量的形式将能量传递给周围的材料。皮秒脉冲去除材料而不会产生明显的热效应、熔化或发光。
金属微烷体系的表面功能化是一种创造多功能材料的新策略。一种简单的一步法超快激光微加工是近年来兴起的一种用于制造微纳米结构的新技术。超快激光微加工已经被广泛研究以了解烧蚀的复杂机制,而最近的工作集中在制造各种金属表面结构,因为它们具有许多潜在的功能,如润湿、冶金和光学。本文简要介绍了功能化金属表面超快激光微加工的进展,并介绍了超快激光与金属材料相互作用的原理。在表面形貌的基础上介绍了用超短脉冲激光进行表面功能化的最新技术。已经报道了暴露于激光微加工的金属的功能化特性。还介绍了表面功能化金属的问题和前景。
受天然动植物微观表面的启发,表面微纳结构材料越来越多地应用于许多行业,如超可湿性表面、航空航天、微电子等,主要是由于这些表面结构所创造的各种功能。例如亲水性和疏水性。 B、自洁表面、油水分离、细水雾分离、表面防冻等多种积极作用。各种不同功能的生物表面:荷叶效应、蝴蝶在雨中飞翔、海王能在水上行走,沙漠虫能雾集水,蚊眼能防雾,草鱼不能粘在浮油和水下猪笼上。
细化微孔表面结构已成为与上述仿生现象相关的研究目标。研究人员已经开发出各种微米和纳米加工技术,以在材料表面创建丰富的微米纳米结构。但是,一些传统的方法在表面处理过程中仍然存在问题,例如: B. 工艺复杂、材料有限、加工条件困难甚至二次污染。因此,高效、准确、简便地制备多功能微纳仿生表面仍然是一个重要的研究课题。
超快激光加工技术作为一种新型的微纳加工技术,以其加工精度高、材料不受限制、效率高、应用广泛等优点而备受关注。根据脉冲宽度,超短脉冲激光器分为皮秒激光器和飞秒激光器。
超快激光会引起非线性吸收(例如多光子吸收),这会导致半透明材料对光的强烈吸收。利用多光子吸收工艺,超短脉冲激光器不仅可以处理玻璃和聚合物等透明材料的表面,还可以在其中进行三维显微操作。此外,非线性多光子吸收过程自然保证了激光治疗超出衍射极限的精度。因此,超短脉冲激光器在非金属材料加工中有着广泛的应用。
自 1990 年代后期以来,FS 激光器已经在硅和其他非金属材料上创建了微结构,而 FS 激光器自 2000 年代初以来才创建了金属微结构。原因之一与激光系统性能的快速提高有关。超快,极大地促进了超快激光加工领域研究的发展。在 1980 年代,Fs EUV 准分子激光被用于 Fs 激光治疗的早期研究。 1990 年代,钛蓝宝石再生放大器中啁啾脉冲放大 (CPA) 技术的出现为超快激光加工的基础研究开辟了新的前沿。在 2000 年代初期,稳定、可靠和紧凑的调频脉冲放大器 (FCPA) 的发展促进了超快激光器的使用。自 1920 年代以来,通过使用掺杂稀土金属的激光矢量泵浦固态激光器,已经构建了紧凑、强大和非常快速的激光系统。目前,ps激光和fs激光表面微加工在各种超快激光工艺中显示出商业化潜力。然而,很少有关于超快激光加工的报道,特别是对于金属材料。
本文讨论了功能化金属表面超快激光微加工的研究进展。第一部分简要介绍了表面微纳米结构的背景。第二部分介绍了超快激光与材料的相互作用原理,介绍了超快激光与金属材料的相互作用原理。第三部分为超快微纳激光表面功能化研究进展。第四部分主要总结了上述各种微纳表面模型的作用。最后,功能化金属表面超快激光微加工的未来发展趋势正在显现。
超快激光治疗的原理
术语“超快激光”和“超短激光”用于定义工业应用中脉冲持续时间从几十飞秒到几百皮秒的激光。通常,这些激光器通常被称为“飞秒激光器”或“皮秒激光器”。飞秒激光的脉冲宽度为10-15秒,皮秒激光的脉冲宽度为10-12秒。阿秒激光 (10-18 s) 和 zeptolaser (10-21 s) 的脉冲持续时间比飞秒激光短。在科学前沿受到了广泛的关注。然而,关于治疗机制的研究仍处于起步阶段。更具体地说,这不是我们在这里谈论的内容。特别关注fs和材料之间的相互作用机制。
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