隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展,各種非金屬薄膜在軍事工業(yè)產(chǎn)品,3C電子類產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用,非金屬薄膜產(chǎn)品可以用于屏蔽密封、防水密封、導(dǎo)熱、絕緣、外觀裝飾、外觀防護(hù)等,這些薄膜厚度一般在0.1mm~2mm之間,應(yīng)用的場(chǎng)景形態(tài)各異,形狀千變?nèi)f化。由于傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方法——刀具切割或者模具成型的局限性,激光切割在非金屬薄膜成型中得到了廣泛的應(yīng)用。
CO?激光輸出激光波長(zhǎng)為10.6um,非金屬薄膜吸收率高于其他波長(zhǎng)激光,所以薄膜加工成型優(yōu)選CO?激光。CO?激光加工薄膜的基本方式為激光光束經(jīng)擴(kuò)束,然后再聚焦焦點(diǎn)在薄膜產(chǎn)品處,焦點(diǎn)內(nèi)的材料被瞬間氣化,從而實(shí)現(xiàn)材料的切割,最終得到各種形狀的薄膜產(chǎn)品。常見(jiàn)CO?激光加工設(shè)備有兩種:振鏡掃描式加工設(shè)備和飛行光路掃描式加工設(shè)備。射頻激勵(lì)擴(kuò)散冷卻板條波導(dǎo)CO?激光器由于具有激光光束質(zhì)量好、峰值功率高、免維護(hù)、體積小等眾多優(yōu)點(diǎn),成為薄膜切割成型中的首選推薦激光器。
CO?射頻激光器
使用射頻CO?激光切割成型設(shè)備生產(chǎn)薄膜產(chǎn)品,有以下優(yōu)勢(shì):
電腦制圖,無(wú)需模具——節(jié)約成本,快速響應(yīng)市場(chǎng)需求,既可以小批量打樣,也可以大批量生產(chǎn);所見(jiàn)即所得——對(duì)操作人員素質(zhì)要求低,節(jié)約人工成本;免維護(hù),無(wú)耗材——節(jié)約時(shí)間,人工,成本。
PET手機(jī)膜
薄膜加工產(chǎn)品,要求邊緣整齊,無(wú)鋸齒,熱影響區(qū)域小,切邊斜度小,邊緣無(wú)殘?jiān)逊e。射頻CO?激光加工設(shè)備影響加工效果的因素有多個(gè)方面,下面就對(duì)于影響薄膜加工效果的因素進(jìn)行定性的分析:
01、波長(zhǎng)
射頻CO?激光器有10.6um、9.3um、10.2um、9.6um四種波長(zhǎng),非金屬材料大多為有機(jī)塑料產(chǎn)品和高分子產(chǎn)品,有機(jī)物對(duì)光的吸收率大小,對(duì)光波長(zhǎng)的變化非常敏感,波長(zhǎng)的微小差異,吸收率差別會(huì)非常大。材料對(duì)激光吸收率的差異,對(duì)加工效果有一個(gè)根本的影響,所以波長(zhǎng)的選擇排在影響加工效果的第一位,這四種波長(zhǎng)商用射頻CO?激光器均可以可靠獲得。激光器均有2萬(wàn)小時(shí)以上的免維護(hù)使用壽命,之后經(jīng)簡(jiǎn)單充氣后,又可以繼續(xù)使用。合理維護(hù)的射頻CO?激光器,其壽命超過(guò)10萬(wàn)小時(shí)。
02、激光功率
射頻CO?激光器,輸出功率從幾瓦到上千瓦不等,根據(jù)薄膜切割的厚度、切割的速度、材料的吸收,選擇合適的功率,選擇合適的激光器。一般情況下,切割時(shí)使用的CO?激光功率不大于激光器最大輸出功率的80%,易于得到最佳的性能和效果。
03、聚焦鏡焦距
聚焦鏡的焦距直接影響聚焦光斑的大小,所以選擇合適的聚焦鏡焦距至關(guān)重要。飛行光路式的切割設(shè)備,焦距一般在1英寸到2.5英寸之間選擇。同一焦距,有平凸透鏡和彎月透鏡可以選擇,一般情況彎月透鏡聚焦光斑比平凸透鏡要小。CO?激光振鏡式掃描加工設(shè)備,聚焦場(chǎng)鏡焦距一般選擇80~160mm;對(duì)于效果要求特別精細(xì)的振鏡式掃描加工設(shè)備,需要選擇遠(yuǎn)心掃描場(chǎng)鏡。
04、薄膜切割速度
切割速度決定了激光加工的時(shí)間和薄膜材料吸收的激光能量的大小,進(jìn)而影響切割熱影響區(qū)的大小。薄膜切割,飛行光路式的方式,切割速度通常大于100mm/s;振鏡式掃描激光加工方式,通常速度大于500mm/s。如果切割速度達(dá)到數(shù)千米每秒,要注意激光調(diào)制頻率和速度的配合,以得到平滑的邊緣。
05、焦點(diǎn)位置
薄膜雖然很薄,但也是有一定的厚度。焦點(diǎn)位置在材料上表面,材料中間,材料下表面,甚至上離焦和下離焦。不同焦點(diǎn)位置的選擇,可以影響加工效率和加工效果。
06、激光模式
激光模式描述激光光束垂直于傳輸方向上的橫截面內(nèi)激光能量的分布。激光模式分為橫模和縱模,絕大多數(shù)射頻CO?激光器為橫模,在應(yīng)用時(shí)簡(jiǎn)單的把射頻CO?激光器模式分為基模和多模,為了得到精細(xì)的加工效果,往往選擇基模光斑。基模輸出的激光器,其光束質(zhì)量因子M2比較小,一般小于1.5。根據(jù)聚焦光斑計(jì)算公式:
其中spot為聚焦光斑的直徑 ,λ為激光波長(zhǎng),F(xiàn)為聚焦鏡的焦距,D為入射到聚焦鏡上的光斑大小。從計(jì)算公式可以看出,聚焦光斑大小和光束質(zhì)量因子M2成正比。所以選擇基模,選擇光束質(zhì)量因子小的激光器可以得到小的聚焦光斑,獲得更好的加工效果。
07、輔助氣體
輔助氣體可以吹走切口處產(chǎn)生的煙霧;防止廢渣和煙霧污染光學(xué)鏡;為激光熱能進(jìn)行導(dǎo)流,使得激光能量能夠更加集中地作用于材料上,增強(qiáng)了激光切割能力。根據(jù)切割需要,可以選擇助燃或者阻燃的不同氣體。
08、薄膜材料材質(zhì)
激光切割材料時(shí),作用過(guò)程十分復(fù)雜,一般而言,激光切割塑料等高分子材料時(shí),包括光能向熱能的轉(zhuǎn)化、熱能在工件上的轉(zhuǎn)化與分布和工件與周圍環(huán)境熱交換。簡(jiǎn)而言之,薄膜材料有一項(xiàng)基本的光學(xué)性質(zhì)便是吸收率和轉(zhuǎn)化率。薄膜材料在單位時(shí)間內(nèi)吸收的激光能量決定了整體的吸收能量,激光光能輻照在材料表面之上,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為熱能,表面溫度較高。加熱材料、汽化材料和移動(dòng)汽化區(qū)三者的能量總和構(gòu)成了材料上能量的分布。
PET film 聚酯薄膜
對(duì)于薄膜材料常見(jiàn)的PET材料, 屬于一種性能優(yōu)良的 IMD 薄膜材料,且屬于熱塑性的高分子聚合物材料,具有復(fù)雜的分子鏈結(jié)構(gòu)和聚集態(tài)結(jié)構(gòu)。PET 是一種具有優(yōu)秀物理化學(xué)性能的復(fù)合材料,因?yàn)槠渚哂袃?yōu)良的機(jī)械與傳熱性能,熱穩(wěn)定性以及光學(xué)透明性。下表為 PET薄膜材料的熱學(xué)性能,從表中可以發(fā)現(xiàn) PET 材料無(wú)論是單層薄膜材料、氨基化以后還是多層 PET 薄膜材料,其熔化溫度始終在 261℃。
從PET膜的熱學(xué)性能分析,不同樣品差別不大,決定切割效果和效率的,就是PET膜對(duì)激光的吸收效率,PET膜對(duì)10.6um波長(zhǎng)的吸收系數(shù)為0.5,所以可以選用10.6um的激光切割PET薄膜。最近一些PET薄膜實(shí)驗(yàn),選用9.3um激光,10.2um激光,9.6um激光,得到了優(yōu)于10.6um激光的效果,這也說(shuō)明激光波長(zhǎng)選擇對(duì)于薄膜切割的重要性。
以上分析表明,射頻CO?激光器切割薄膜設(shè)備,核心器件為激光器。正確的選擇激光器的波長(zhǎng),匹配材料的吸收率,是做到最佳切割效果的基礎(chǔ),然后配合合理的整機(jī)器件選擇,合適的工藝參數(shù),可以得到最佳的效果和效率。當(dāng)然還有其他影響薄膜激光切割的軟件參數(shù),如Q頻率、釋放時(shí)間、加工引線等等。
稿件來(lái)源:SPT激光
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