墻板加工機(jī)床總體及夾具設(shè)計(jì),加工,機(jī)床,總體,整體,夾具,設(shè)計(jì) 激光微加工技術(shù)的進(jìn)步 遼寧石油化工大學(xué)順滑能源學(xué)院 新微加工技術(shù)已經(jīng)開(kāi)發(fā),提供更大的精度生產(chǎn)金屬和聚合物支架等設(shè)備 波長(zhǎng)和材料 對(duì)設(shè)計(jì)工程師誰(shuí)想使用激光在一個(gè)微型的過(guò)程,這兩個(gè)主要特點(diǎn)是需要考慮波長(zhǎng)和脈沖寬度。發(fā)出的光的波長(zhǎng)激光在很大程度上決定了微加工過(guò)程的質(zhì)量。當(dāng)光從一個(gè)激光遇到材料,光這不是反映,從表面進(jìn)入材料在這里被吸收或傳輸(圖1)。波長(zhǎng)的激光光源發(fā)出的常見(jiàn)范圍從157納米的紫外線(UV)結(jié)束的10μm電磁頻譜在紅外(IR)地區(qū)。最常見(jiàn)的激光和波長(zhǎng)他們發(fā)出如圖2所示。 大多數(shù)的材料用于醫(yī)療設(shè)備是金屬或聚合物的基礎(chǔ)。最有效地處理金屬熔煉;歷史上,二氧化碳激光器,它運(yùn)行在一個(gè)波長(zhǎng)的10.6μm已經(jīng)被用于過(guò)程金屬設(shè)備。然而,由于金屬吸收更多的光,激光波長(zhǎng)短,經(jīng)營(yíng)范圍1-μm就開(kāi)始流行。最初摻釹釔鋁石榴石(釔鋁石榴石激光器獲得大量的使用,但最近1-μm波長(zhǎng)光纖激光器,這么叫是因?yàn)楣饫w傳輸激光光束也充當(dāng)增益介質(zhì),幾乎壟斷了市場(chǎng)的金屬切削。 圖1:吸收的光在一個(gè)材料 聚合物可以處理融化,但最有效地處理直接斷了原子間債券,維系鐵鏈。這減少了熱負(fù)荷進(jìn)材料,從而大大提高了過(guò)程的結(jié)果。理想情況下,單個(gè)光子的能量將會(huì)強(qiáng)大到足以打破單個(gè)原子債券。鑒于光子能量的波長(zhǎng)成反比,它遵守低波長(zhǎng)強(qiáng)債券,可以打破。氟聚合物材料是一個(gè)很好的例子,很難機(jī)沒(méi)有低波長(zhǎng)。因?yàn)樗麄兊母哝I能,一個(gè)準(zhǔn)分子激光操作在193海里有必要產(chǎn)生所需的結(jié)果。 在能力范圍內(nèi),二極管泵浦的固體激光器(固體激光泵浦)隔纖維激光和準(zhǔn)分子激光和,因此,可用于機(jī)廣泛的材料。雖然他們從來(lái)沒(méi)有給高吞吐量的纖維為基礎(chǔ)過(guò)程或質(zhì)量的融化削減在含氟聚合物交付193 nm準(zhǔn)分子,它們可以產(chǎn)生優(yōu)秀的結(jié)果如上圖所示在本文的開(kāi)始頁(yè)。 為什么脈沖寬度問(wèn)題 所有的激光加熱材料在加工過(guò)程中,沒(méi)有所謂的冷激光過(guò)程。金屬必須融化,這意味著溫度至少1500 K是必需的。聚合物加工通過(guò)分解原子間債券,導(dǎo)致單個(gè)原子與高動(dòng)能。這個(gè)動(dòng)能可以沉淀為熱到高分子材料。熱破壞的面積在大塊襯底被稱(chēng)為熱影響區(qū)(HAZ)。 圖2。激光波長(zhǎng)、激光加工技術(shù)匹配他們的來(lái)源。 激光是熱源和脈沖激光的熱量積聚在脈沖和減少后迅速完成脈搏。因此,一個(gè)方法讓HAZ降到最低是激光的脈沖寬度盡可能短。圖3顯示了脈沖寬度為一些不同的激光源。因?yàn)榻饘偌庸ぶ饕怯蔁?長(zhǎng)脈沖寬度是必需的。其他材料如聚合物,它們反映強(qiáng)烈,熱,需要較短的脈沖,通常在納秒范圍。 激光加工方法 激光加工技術(shù)的范圍被匹配到特定的激光源為便于參考圖2。不同的激光源更適合不同的處理方法,這也決定了材料,可以加工。對(duì)于介入產(chǎn)品,如冠狀動(dòng)脈支架和相關(guān)交付設(shè)備,不銹鋼歷來(lái)是材料的選擇。在過(guò)去的十年里其他貴金屬如金,合金如鎳鈦諾已經(jīng)成為受歡迎的,因?yàn)樗麄兊奶囟ǖ臋C(jī)械性能。 熔化切割。金屬需要融化,這種技術(shù)稱(chēng)為熔切是最常見(jiàn)的方法,激光微加工這種類(lèi)型的醫(yī)療設(shè)備。在這個(gè)過(guò)程中,氣體是美聯(lián)儲(chǔ)與激光束同軸到材料的表面。氣體輔助有很多用途。首先,它可以用來(lái)控制切削過(guò)程;例如,使用氧氣的速度增加不銹鋼切割和氬防止氧化鎳鈦諾。第二,它可以減少建立碎片吹融化的渣滓遠(yuǎn)離部分。第三,它可以冷卻部分和減少整個(gè)熱影響區(qū)。 掩模投影。聚合物材料,它要求,利用準(zhǔn)分子激光的一個(gè)過(guò)程,即一個(gè)特定掩模投影形狀是由激光聚焦成像部件表面的加工和特性。流體訪問(wèn)端口導(dǎo)管和洞插子的過(guò)濾dev 圖3:脈沖寬度不同的激光源。 技術(shù),如氣體輔助融合切割和準(zhǔn)分子掩模投影已經(jīng)扮演了重要的角色在發(fā)展現(xiàn)有的醫(yī)療設(shè)備。然而,作為新一代的激光源達(dá)到成熟和開(kāi)放范圍的材料,新方法的設(shè)計(jì)師擴(kuò)展激光微加工技術(shù)正在被開(kāi)發(fā)來(lái)增加功能的設(shè)備以及降低制造成本。 遠(yuǎn)程激光加工 在熔化切割和準(zhǔn)分子加工光束是靜止和移動(dòng)的部分。一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)文件反饋到控制系統(tǒng),它將分階段在激光光束來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的削減形狀。高質(zhì)量的階段限制的速度部分可以移動(dòng)和昂貴的控制系統(tǒng)是必要的,以確保減少部分的質(zhì)量。 遠(yuǎn)程激光加工 在熔化切割和準(zhǔn)分子加工光束是靜止和移動(dòng)的部分。一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)文件反饋到控制系統(tǒng),它將分階段在激光光束來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期的削減形狀。高質(zhì)量的階段限制的速度部分可以移動(dòng)和昂貴的控制系統(tǒng)是必要的,以確保減少部分的質(zhì)量。 圖4:聚合物和金屬零件加工通過(guò)遠(yuǎn)程切割。 遠(yuǎn)程激光加工技術(shù),激光光束移動(dòng)在一個(gè)靜止的部分。通過(guò)使用低質(zhì)量轉(zhuǎn)向鏡子,可以將激光光束的速度高達(dá)10米/秒,沒(méi)有任何損失在位置精度。歷史上,遠(yuǎn)程激光加工用電流計(jì)是利用削減形狀在平板材料?，F(xiàn)在已開(kāi)發(fā)出一種技術(shù),允許遠(yuǎn)程處理上使用管裝置生產(chǎn)特性如高度靈活的、相互關(guān)聯(lián)的關(guān)節(jié)如圖4。短脈沖微微和飛秒系統(tǒng)適合遠(yuǎn)程切割,該技術(shù)還可以用于二極管泵浦,纖維甚至二氧化碳激光加工。 離軸切削 標(biāo)準(zhǔn)管切割系統(tǒng)是建立翻譯和旋轉(zhuǎn)部分根據(jù)激光和通常限于兩個(gè)軸。這限制了設(shè)計(jì)的設(shè)備,因?yàn)榧す饪偸窍鳒p在軸向中心管。添加第三個(gè)軸允許部分離開(kāi)中心管和離軸激光切割是可能的 離軸切削允許的細(xì)微差異減少獲取配置文件和這些打開(kāi)新的醫(yī)療設(shè)備設(shè)計(jì)的可能性。圖5顯示了一個(gè)示例的一個(gè)裝置,最大彎曲角度增加了離軸切割。雖然四軸已經(jīng)一個(gè)共同的特點(diǎn)在控制系統(tǒng)多年,直到最近,這個(gè)技術(shù)已經(jīng)獲得醫(yī)療器械行業(yè)的興趣。 雖然離軸切削是兼容的 圖5:減少配置文件和離軸的切割,離軸部分的一個(gè)例子。這里顯示的設(shè)備是與許可復(fù)制這種夢(mèng)想公司,荷蘭。 實(shí)時(shí)部分對(duì)齊 對(duì)于熔切,重要的是要準(zhǔn)確地控制激光光束的位置表面的部分。設(shè)備比如支架,特征尺寸精度在很大程度上取決于機(jī)械階段和空間變異的管材。機(jī)械定位階段的成本大大增加點(diǎn)位精度和重復(fù)性提高階段。高精度階段用于傳統(tǒng)支架切割操作可以花費(fèi)大約50000美元。 提供改進(jìn)的定位精度較低成本、實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)發(fā)的一部分,它替代了昂貴的階段與低成本的計(jì)算能力。一個(gè)光學(xué)的基礎(chǔ)系統(tǒng)是用來(lái)跟蹤部分的位置相對(duì)于激光光束和提供反饋控制系統(tǒng)來(lái)補(bǔ)償任何位置錯(cuò)誤。 未來(lái)增長(zhǎng) 雖然金屬,如不銹鋼目前占很大一部分醫(yī)療設(shè)備市場(chǎng),未來(lái)的增長(zhǎng)在于更多的難加工材料,如專(zhuān)業(yè)聚合物和金屬合金。傳統(tǒng)的激光加工技術(shù)不具備處理這些材料在24/7生產(chǎn)環(huán)境的新方法是需要的。 結(jié)合技術(shù),如遠(yuǎn)程處理和實(shí)時(shí)定位讓下一代要處理的材料。一個(gè)應(yīng)用程序的組合方法是聚合物支架的加工設(shè)備,這需要一個(gè)高精確度沒(méi)有任何減少的質(zhì)量。聚合物支架的一個(gè)例子,它是由一個(gè)Blueacre加工技術(shù)生產(chǎn)工具,如圖6。與外部直徑1毫米和支柱寬度小于50μm,這些設(shè)備是一個(gè)很好的示范所能達(dá)到的使用這些新技術(shù)。 跟專(zhuān)家 激光微加工是一個(gè)復(fù)雜的領(lǐng)域,它是很重要的,從專(zhuān)家在此領(lǐng)域獲得更全面的了解它的好處和新技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)在符合成本效益的方式。討論應(yīng)該開(kāi)始在發(fā)展的早 圖6:聚合物支架加工使用遠(yuǎn)程處理和實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。 期階段,設(shè)備如何與不同材料的激光將和潛在的替代品,是簡(jiǎn)單和廉價(jià)過(guò)程從而減少設(shè)備的花費(fèi)和增加利潤(rùn)。 5