低功率 MOPA 激光器主要應(yīng)用為打標(biāo)、深雕等，相比傳統(tǒng)應(yīng)用工藝具備加工精度高、效率高等優(yōu)勢，相比較常規(guī)激光器，MOPA 打標(biāo)機(jī)的突出特點(diǎn)為脈寬可調(diào)，頻率范圍大。各種參數(shù)組合多，可加工多種材質(zhì)，且應(yīng)用效果多樣。本文主要介紹了100W MOPA脈沖激光器在新能源、汽車、五金機(jī)械和精密電子行業(yè)的打孔應(yīng)用工藝，以期為客戶在實(shí)際工藝應(yīng)用方面提供參考。

01 脈沖激光鉆孔優(yōu)勢及四種常見的打孔方式介紹

1.1脈沖激光鉆孔相比傳統(tǒng)鉆孔的4大優(yōu)勢

相比傳統(tǒng)鉆孔方式，脈沖激光打孔具有較大優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：（1）非接觸式，無工具磨損，無機(jī)械應(yīng)力；（2）不受材料材質(zhì)、加工孔型等限制；（3）加工精度高，效率高；（4）設(shè)備靈活，適合自動(dòng)化產(chǎn)線。因此，脈沖激光加工的鉆孔工藝被廣泛應(yīng)用于精密電子、航空航天、醫(yī)療、五金機(jī)械、汽車等行業(yè)。

航天煤油濾芯

加濕霧化器微孔

噴嘴

1.2 脈沖打孔的四種常見打孔介紹

常見的脈沖打孔方式加工方式有單脈沖打孔、多脈沖打孔、環(huán)形掃描打孔、螺旋掃描打孔等。單脈沖打孔方式利用一個(gè)脈沖加工一次，形成一個(gè)熔融區(qū)，效率高，需要較高的單脈沖能量。多脈沖打孔方式通過高重復(fù)頻率的多個(gè)脈沖加工在材料同一位置，通過多次加工獲得所需孔。環(huán)形掃描打孔利用聚焦光束在材料上，根據(jù)所加工的形狀輪廓，制定工件運(yùn)動(dòng)軌跡，形成孔。螺旋打孔指采用螺旋線軌跡方式在加工材料上移動(dòng)。單/多脈沖鉆孔加工方式受光斑圓度和聚焦光斑大小影響比較大，打孔的大小比較受限制，適合加工較小的孔，效率高，操作簡單，精度低，適合工藝要求不高的打孔。后兩種打孔方式屬于輪廓法，將光束旋轉(zhuǎn)起來，對(duì)材料進(jìn)行切割，可以實(shí)現(xiàn)異性孔打孔，不受激光光斑及圓度影響，孔徑大小可調(diào)，光路復(fù)雜，操作復(fù)雜，精度高。四種加工方式各有各的優(yōu)缺點(diǎn)，可根據(jù)加工實(shí)際情況選擇。

脈沖激光打孔影響因素有平均功率、脈沖寬度、重復(fù)頻率、單脈沖能量、功率密度、掃描速度、線間距等，其中脈寬及平均功率是主要影響作用。打孔質(zhì)量主要從孔直徑、圓度、間距、錐度、徑深比、邊緣形貌等方面評(píng)估。

02 銳科100W脈沖光纖激光器打孔應(yīng)用案例

2.1 金屬支撐架打孔案例

金屬支撐架打孔，應(yīng)用于新能源行業(yè)，具有多孔結(jié)構(gòu)的不銹鋼作為氣體傳遞的流道，組裝出以氫氧為燃料和氧化劑的燃料電池，使得燃料電池結(jié)構(gòu)更加緊湊。

材料：0.5mm厚度不銹鋼

工藝參數(shù)：功率40%，頻率80kHz，脈寬100ns，多脈沖打點(diǎn)方式

效果：邊長20mm方形區(qū)域內(nèi)，孔數(shù)目10000個(gè)，間距0.2mm，效率67s，正面孔徑40μm，背面孔徑12μm，材料無明顯變形，孔徑較好，邊緣熱影響區(qū)域小，無明顯飛濺。

（a）整體形貌

（b）正面孔徑直徑約40μm  （c）背面孔徑直徑約12μm

圖1 0.5mm厚度不銹鋼板通孔效果

2.2 極片打孔案例

極片打孔，應(yīng)用于新能源電池行業(yè)，在極片上進(jìn)行微孔陣列結(jié)構(gòu)，增加電解液接觸面積，提高了電解液浸潤能力，可快速充放電，從而提高電池性能。

材料：石墨金屬復(fù)合材料，厚度小于0.1mm

工藝參數(shù)：功率25%，脈寬200ns，頻率80kHz，多脈沖打點(diǎn)方式。

效果：極片涂覆區(qū)打盲孔，深度20um~40um，寬50um~80um。

（a）微觀效果圖

（b）盲孔深度測試

圖2  極片鉆盲孔效果

2.3 金屬面板打孔案例

金屬面板打孔，應(yīng)用精密電子行業(yè)，不銹鋼薄片透氣孔，微米級(jí)孔徑，用于氣體的流動(dòng)，為了保障氣流的穩(wěn)定性，對(duì)孔徑一致性要求比較高。

材料：50微米厚度不銹鋼

工藝參數(shù)：功率25%，頻率50kHz，脈寬100ns，多脈沖打點(diǎn)方式。

效果：直徑16mm圓形區(qū)域內(nèi)，孔數(shù)目1141個(gè)，整體節(jié)拍8s。正面孔徑24μm，背面孔徑5μm，材料無明顯變形，孔徑較好，邊緣熱影響區(qū)域小，無明顯飛濺。

（a）整體形貌

（b）正面孔徑直徑約24~25μm   （c）背面孔徑直徑約5~6μm

圖3  50μm厚度不銹鋼板鉆通孔效果

2.4 金屬連接器件打孔案例

金屬連接器件打孔，主要應(yīng)用五金機(jī)械行業(yè)，圓形鋁管打孔，可以用于器件鏈接。

材料：鋁管，外徑約19mm，管壁約2mm

工藝參數(shù)：功率100%，頻率80kHz，脈寬350ns，螺旋線掃描方式

效果：孔直徑5mm，效率30s/個(gè)，邊緣光滑，無毛刺，對(duì)下壁無損傷。

圖4 鋁管鉆孔效果

2.5 鋁合金內(nèi)飾條鉆孔案例

鋁合金內(nèi)飾條鉆孔，用于汽車行業(yè)，汽車內(nèi)飾條透光效果，密集微孔實(shí)現(xiàn)各種圖案的透光孔效果，可通過孔大小和密集程度控制透光亮度。

材料：0.6mm厚度鋁合金

工藝參數(shù)：功率80%，脈寬100ns，頻率80kHz，多脈沖打點(diǎn)方式，

效果：孔正面直徑約50μm，背面直徑約20μm，孔圓心間距0.1mm。一萬個(gè)孔7s。表面光滑，無毛刺，熱影響小，無變形。

（a）整體效果 （b）正反面孔微觀效果

圖5 鋁合金打孔效果

03 脈沖激光器打孔應(yīng)用工藝總結(jié)

100W脈沖光纖激光器可用于大多數(shù)金屬和部分非金屬打孔，適用性廣。對(duì)于不同金屬材質(zhì)，當(dāng)材料厚度一樣，打孔效果差異較小；對(duì)于非金屬，如陶瓷、玻璃、塑料等，材質(zhì)和厚度對(duì)打孔效果影響比較大。孔徑＜100μm，易采用多脈沖打點(diǎn)方式實(shí)現(xiàn)打孔；孔徑≥100μm，可采用螺旋或環(huán)形掃描方式對(duì)材料逐層去除實(shí)現(xiàn)打孔。

表1 100W脈沖激光器打孔工藝總結(jié)

04 小結(jié)

本文主要介紹了銳科100W MOPA脈沖激光器在各行業(yè)的打孔應(yīng)用案例，而MOPA脈沖光纖激光器的應(yīng)用工藝十分多樣，還能應(yīng)用于3C電子焊接、電池蓋打碼、鋼殼/陽極鋁打黑、黃銅/鋁合金等切割、氧化層清洗等。未來，銳科激光將緊跟各行業(yè)發(fā)展需求，聯(lián)合各行業(yè)企業(yè)開展更多前沿的工藝應(yīng)用案例。

文章來源：銳科激光

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