JIC35導(dǎo)讀：近年來，由于IT產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，以及企業(yè)對(duì)新材料、特殊材料加工需求的增加，將激光加工應(yīng)用于超精密加工的市場(chǎng)需求正不斷擴(kuò)大。激光加工機(jī)正由過去主要加工普通薄金屬板向精密加工、非金屬加工領(lǐng)域發(fā)展。由于激光加工機(jī)本身的改進(jìn)，以及控制性能、加工技術(shù)和激光發(fā)生器的進(jìn)步,光加工正日益拓展到更廣闊的領(lǐng)域。
　　
　　日本澀谷工業(yè)公司已有約30年生產(chǎn)、銷售激光加工機(jī)的歷史，不僅能生產(chǎn)通用機(jī)型，還能根據(jù)客戶需求定制加工系統(tǒng)及流水線上的工位加工系統(tǒng)等。本文結(jié)合該公司的幾款典型產(chǎn)品，對(duì)精密激光加工機(jī)及其應(yīng)用實(shí)例作一介紹。
　　
　　用于超精密加工的產(chǎn)品
　　
　　（1）LAMICS激光-水刀復(fù)合加工系統(tǒng)
　　
　　澀谷工業(yè)公司是日本*同時(shí)生產(chǎn)激光加工機(jī)和水刀加工機(jī)兩種產(chǎn)品的廠商。LAMICS（LaserAqua-JetMicro-CuttingSystem）系統(tǒng)是日本zui早將這兩種技術(shù)結(jié)合應(yīng)用的復(fù)合加工系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過噴嘴噴出細(xì)絲般的高壓水流（噴射水本身沒有切割能力），并將激光導(dǎo)入水中，利用水中的激光進(jìn)行切割加工。
　　
　　該系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：
　　
　?、儆捎谠诩す馇懈畹耐瑫r(shí)進(jìn)行噴水冷卻，因此在整個(gè)加工過程中，零件不會(huì)受到熱影響和產(chǎn)生氧化反應(yīng)。
　　
　　②能防止切割時(shí)產(chǎn)生熔融粉末而引起的環(huán)境污染以及產(chǎn)生毛刺。
　　
　　③可以無裂紋地切割各種脆性材料。
　　
　?、苡捎诩す饪稍谒行纬扇瓷?，因此不一定需要與焦點(diǎn)重合。
　　
　?、萸锌p寬度很窄，斷面幾乎不會(huì)產(chǎn)生傾斜。
　　
　　加工時(shí)，可根據(jù)加工對(duì)象選擇不同波長的激光，如光纖激光（波長1080nm）、綠激光（波長532nm）、UV激光（波長355nm）等。該系統(tǒng)主要適用于切割加工硅晶片、薄膜、藍(lán)寶石底板槽、銅板槽等，以及去除銹斑、電鍍層等多種類型的加工。對(duì)于干式激光加工不可避免會(huì)產(chǎn)生高熱而會(huì)受到影響的一些工件材料，這種加工方式非常有效。
　　
　　下面介紹用LAMICS系統(tǒng)加工硅晶圓的實(shí)例。
　　
　　硅晶圓是電子元件的主要基材。近年來，隨著手機(jī)及大規(guī)模集成電路多層化的要求（彎曲性、層疊性），硅晶圓也在變輕變?。ㄓ稍瓉淼?00μm減薄到50μm以下）。但是，由于硅晶圓是脆性材料，用傳統(tǒng)的切片機(jī)切割加工厚度50μm以下的基板時(shí)，很容易產(chǎn)生破碎及微小裂紋。當(dāng)熱應(yīng)力和彎曲應(yīng)力等機(jī)械外力施加于基板上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)微裂縫擴(kuò)大、內(nèi)部電路斷線等重大質(zhì)量問題。
　　
　　用LAMICS系統(tǒng)切割50μm厚硅晶圓時(shí)，切割加工條件為：激光波長：532nm;激光輸出功率：8.5W;高壓水壓力：13MPa;噴嘴直徑：50μm;加工速度：50mm/s;硅晶圓裝夾方式：LAMICS膠帶。加工時(shí)，切割寬度約為40μm，極少產(chǎn)生碎屑及微小裂紋。由于高壓水噴射而產(chǎn)生的噴嘴縮流效應(yīng)，噴水口圓柱直徑縮小為噴嘴直徑的70%-80%。因此，切割寬度小于噴嘴直徑。由切割斷面的SEM照片可以看到激光加工留下的硅溶解痕跡，而在比噴水口小數(shù)微米的受熱影響周邊部位，都能見到冷卻效果。此外，可以確認(rèn)，因溶解物附著較少，也具有潔凈加工的效果。
　　
　　（2）SILAS-SAM超精密CO2激光加工機(jī)
　　
　　SILAS-SAM超精密激光加工機(jī)在機(jī)器上方配備有RF反射折疊式CO2激光振蕩發(fā)生器。SPL3905型采用了工作臺(tái)在X軸方向移動(dòng)、加工頭在Y軸方向移動(dòng)的布局方式，并使用了直線驅(qū)動(dòng)電機(jī)。而SPL2305型則采用了滾珠絲桿帶動(dòng)工作臺(tái)在XY軸移動(dòng)、加工頭固定的布局方式。
　　
　　由于RF反射折疊式CO2激光器放電范圍較窄，封閉在發(fā)生器內(nèi)部的氣體冷卻效果很好，因此不需要熱交換器和送風(fēng)機(jī)。與其他的CO2激光器相比，其體積更小巧，有穩(wěn)定的高輸出功率，能獲得*的單波形（M2<1.3）。此外，反射折疊式CO2激光器還具有以下特點(diǎn)：①可利用高質(zhì)量光束模式進(jìn)行能抑制熱影響的微加工及其他范圍廣泛的加工;②zui小加工孔徑可達(dá)φ0.1mm（因材料、板厚而有所不同）;③無需激光氣體交換;④激光器壽命期望值>2000小時(shí);⑤內(nèi)部鏡頭組無需調(diào)整、更換和保養(yǎng)。
　　
　　SILAS-SAM超精密激光加工機(jī)的主要用途包括：切割（金屬、樹脂、木材、紙、紡織品、玻璃、塑料等）焊接（合金、樹脂等）、雕刻（橡膠、樹脂等）、打孔（印刷線路板、陶瓷、合金、紙等）、刻畫（陶瓷等）。
　　
　　以下為SILAS-SAM激光加工機(jī)的一些加工實(shí)例：
　　
　?、亳R達(dá)鐵芯：原來采用線切割方式進(jìn)行重疊（20-30片）加工，加工時(shí)間長、效率低（加工前需要進(jìn)行重疊工件操作），而且受到所用電極絲形狀精度的限制。改用SILAS-SAM加工后，加工速度加快，生產(chǎn)率大幅度提高，并能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化加工。
　　
　?、谘坨R框：原來使用立銑刀等進(jìn)行眼鏡框的裝飾加工，由于受到刀具zui小直徑等問題的限制，存在一些刀具無法加工的部位和形狀。改用SILAS-SAM加工后，既能實(shí)現(xiàn)微細(xì)裝飾加工，又可以縮短工序。
　　
　?、厶沾桑貉趸X陶瓷、氮化鋁等材料受到熱影響時(shí)易產(chǎn)生裂縫。刻畫加工是SILAS-SAMzui擅長的加工方式之一。如照片所示，可用于高速加工細(xì)小間距的深孔。
　　
　　④高質(zhì)量表面的加工：激光的光斑直徑可聚焦到φ0.1mm以下，因此能進(jìn)行高質(zhì)量表面的加工，其切割斷面質(zhì)量相當(dāng)于用線切割加工3次的質(zhì)量，同時(shí)還能提高生產(chǎn)效率。
　　
　　滿足客戶要求的定制產(chǎn)品
　　
　?。?）武藏HP-E系列高性能CO2激光加工機(jī)
　　
　　武藏HP-E系列是高質(zhì)量、低成本的混合型激光加工機(jī)，裝備了高性能的中速螺旋軸流型激光發(fā)生器。武藏HP-E系列機(jī)型具有以下特點(diǎn)：
　　
　?、僭诜瓷鋸恼袷幤靼l(fā)出激光的外部光學(xué)系統(tǒng)中，鏡片采用了開放式結(jié)構(gòu)，易于保養(yǎng)。
　　
　?、诩庸ゎ^配備了能吸收外部沖擊的損傷感應(yīng)器，能將因沖擊受損的加工頭維修成本控制到zui小。
　　
　?、墼诩庸ゎ^前后和加工桌面內(nèi)安裝了送風(fēng)和吸塵裝置，可提高吸塵效果。
　　
　　該機(jī)型配備的中速螺旋形軸流型振蕩器具有以下特點(diǎn)：
　　
　　①采用額定輸出功率為2kW的SOL20V激光振蕩器，在使用SUS304無氧化切割6mm厚板材時(shí)，所需的輔助氣體不足1MPa。
　　
　?、诩す鈿怏w在振蕩管內(nèi)作螺旋運(yùn)動(dòng)，改進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)可使激光振幅增大，振蕩功率提高，可實(shí)現(xiàn)低成本加工。
　　
　?、蹆?nèi)部鏡片使用壽命可達(dá)8000小時(shí)。
　　
　?、茏鳛榧庸ひ话憬饘侔宀牡募す饧庸C(jī)，既能進(jìn)行從薄板到厚板的高質(zhì)量加工，又因?yàn)榫哂懈咻敵龉β省⒏哔|(zhì)量的激光束加工模式，因此也能用于鈑金加工以外的各種加工。
　　
　　以下是幾個(gè)加工實(shí)例。
　　
　　鋸齒的加工：鋸片采用沖壓和切削組合加工方式，利用激光，可以一次切割加工成形鋸齒的外圓到齒槽。另外，由于激光束經(jīng)過優(yōu)化，鋸齒尖銳邊緣和切割斷面的加工質(zhì)量均很好，實(shí)現(xiàn)了變形很小的加工。
　　
　　石英玻璃的加工：石英玻璃加工對(duì)熱影響比較敏感，由于采用了高品質(zhì)激光模態(tài)和加工孔的鏡頭，可在石英玻璃上連續(xù)加工通孔而不會(huì)產(chǎn)生裂紋，與機(jī)械加工相比，提高了生產(chǎn)率。
　　
　　沖模板的加工：加工用于插入湯姆森刀的模板狹縫時(shí)，采用加工沖模板的激光模態(tài)進(jìn)行切割，加工出的沖模板能壓出錐形刀刃，還能產(chǎn)生碳化作用，提高刀模的耐用性。
　　
　　此外，作為液晶電視玻璃激光切割裝置用的激光振蕩器，采用中速螺旋軸流型振蕩器后，與以往的單體切割相比，加工破損減少。
　　
　?。?）L6型超高速CO2激光加工機(jī)
　　
　　L6型超高速、高精度激光加工機(jī)配備了1kW的CO2激光振蕩器，加工頭在X、Y方向的移動(dòng)采用直線伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。L6型激光加工機(jī)具有以下特點(diǎn)：
　　
　?、倏蓪?duì)SS（19mm）、SUS（12mm）和鋁（8mm）等材料進(jìn)行超高速、高精度加工。
　　
　?、谟弥本€伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)加工頭在X、Y方向移動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)300m/min的快進(jìn)速度和2G以上d1加速度。
　　
　?、劭稍诤穸?mm的SS材料上，每分鐘加工1000個(gè)φ0.8mm的孔。
　　
　?、軝C(jī)器重量為29噸，采用O型框結(jié)構(gòu)，機(jī)械剛性好。
　　
　?、菥哂?軸同時(shí)在加工位置間移動(dòng)的功能，可實(shí)現(xiàn)加工。
　　
　　⑥可實(shí)時(shí)監(jiān)控加工頭位置，據(jù)此調(diào)整激光束，因此在工作臺(tái)任何位置均可進(jìn)行高質(zhì)量加工。
　　
　　用于切割加工的激光，在這數(shù)年內(nèi)完成了飛躍性的技術(shù)改革。不斷敏銳地抓住市場(chǎng)需求，靈活應(yīng)對(duì)用戶的要求，是我們制造商的使命。今后，作為綜合機(jī)械廠商，不只是在激光加工領(lǐng)域，希望可以開拓各種市場(chǎng)領(lǐng)域，達(dá)到飛躍性發(fā)展。