حالة وآفاق تقنية التصنيع الدقيق بالليزر

يمكن تركيز شعاع الليزر على حجم صغير جدًا ، مما يجعله مناسبًا بشكل خاص الآلات الدقيقة. نقسم تقنية المعالجة بالليزر الحالية إلى ثلاثة مستويات وفقًا لحجم المادة المعالجة ومتطلبات الدقة للمعالجة:

• تقنية المعالجة بالليزر للمواد كبيرة الحجم ، مع ألواح سميكة (من عدة مليمترات إلى عشرات المليمترات) ككائن رئيسي ، ودقة تصنيعها تكون عمومًا على مستوى المليمتر أو دون المليمتر ؛
• ② تقنية ماكينات الليزر الدقيقة ، بألواح رفيعة (من 0.1 إلى 1.0 مم) ككائن رئيسي في التصنيع ، ودقة المعالجة بشكل عام في حدود عشرة ميكرون ؛
• تقنية التصنيع الدقيق بالليزر ، بالنسبة للأغشية المختلفة التي يقل سمكها عن 100 ميكرومتر ككائن رئيسي ، تكون دقة المعالجة بشكل عام أقل من 10 ميكرون أو حتى مستوى أقل من ميكرون.

وتجدر الإشارة إلى أنه في صناعة الآلات ، تعني الدقة عادةً خشونة سطح صغيرة ونطاق صغير من التفاوتات (بما في ذلك الموضع والشكل والحجم وما إلى ذلك). ومع ذلك ، يشير مصطلح "الدقة" في هذه المقالة إلى الفجوة الصغيرة في المنطقة التي تتم معالجتها ، مما يعني أن حجم الحد الذي يمكن معالجته صغير. في الأنواع الثلاثة المذكورة أعلاه من ماكينات الليزر ، أصبحت تقنية التصنيع بالليزر للأجزاء الكبيرة ناضجة بشكل متزايد وكانت درجة التصنيع عالية جدًا. تمت مراجعة العديد من الأدبيات ؛ تقنيات الآلات الدقيقة بالليزر مثل التشذيب بالليزر والنقش الدقيق بالليزر وتقنية الكتابة المباشرة بالليزر تستخدم أيضًا على نطاق واسع في الصناعة ، وهناك العديد من التقارير ذات الصلة. ستركز هذه المقالة على تقنية التصنيع الدقيق بالليزر. من أجل الراحة ، فإن أهداف المعالجة للآلات الدقيقة المذكورة أدناه تقتصر على الألواح الرقيقة (0.1-1.0 مم).

1 - مقارنة بين الآلات الدقيقة بالليزر وطرق المعالجة التقليدية

مع تقدم التكنولوجيا ، أصبحت أنواع تكنولوجيا الآلات الدقيقة أكثر وفرة.

تتميز المعالجة الدقيقة بالليزر بالسمات المهمة التالية:

• نطاق المعالجة الدقيقة بالليزر واسع ، بما في ذلك جميع المواد المعدنية وغير المعدنية تقريبًا. في حين أن المعالجة الإلكتروليتية يمكنها فقط معالجة المواد الموصلة ، فإن المعالجة الكيميائية الضوئية مناسبة فقط للمواد سريعة التآكل ، وتصعب معالجة البلازما لبعض المواد عالية نقطة الانصهار.
• ② هناك عدد قليل من العوامل المؤثرة على جودة الآلات الدقيقة بالليزر ، ودقة المعالجة عالية ، وهي أفضل بشكل عام من طرق المعالجة التقليدية الأخرى بشكل عام.
• ③ من منظور دورة المعالجة ، يتطلب قطب أداة EDM دقة عالية وخسارة كبيرة ودورة تشغيل طويلة ؛ تصميم قالب الكاثود لتجويف المعالجة والملف الجانبي للمعالجة الإلكتروليتية كبير ، ودورة التصنيع طويلة أيضًا ؛ الإجراءات معقدة. المعالجة الدقيقة بالليزر بسيطة ، عرض الشق سهل الضبط والتحكم ، سرعة المعالجة سريعة ، ودورة المعالجة أقصر من الطرق الأخرى.
• ④ تنتمي المعالجة الدقيقة بالليزر إلى الآلات غير المتصلة ، بدون قوة ميكانيكية. بالمقارنة مع EDM وآلة قوس البلازما ، فإن المنطقة المتأثرة بالحرارة والتشوه صغير جدًا ، لذلك يمكنها معالجة أجزاء صغيرة جدًا.

باختصار ، تتمتع تقنية المعالجة الدقيقة بالليزر بالعديد من المزايا مقارنة بأساليب المعالجة التقليدية ، كما أن إمكانية تطبيقها واسعة جدًا.

2. مقدمة لمعدات الآلات الدقيقة بالليزر شائعة الاستخدام

تشتمل أنواع الليزر المستخدمة بشكل شائع في المعالجة الدقيقة على: ليزر ثاني أكسيد الكربون وليزر YAG وليزر بخار النحاس وليزر الإكسيمر وليزر ثاني أكسيد الكربون وما إلى ذلك لمعرفة خصائص الليزر الخاصة بها ، راجع الأدبيات للحصول على التفاصيل. 

من بينها ، يستخدم ليزر ثاني أكسيد الكربون عالي الطاقة وليزر YAG عالي الطاقة على نطاق واسع في تكنولوجيا تصنيع الليزر على نطاق واسع ؛ يتم استخدام ليزر بخار النحاس وليزر الإكسيمر على نطاق واسع في تكنولوجيا المعالجة الدقيقة بالليزر ؛ يتم استخدام ليزر YAG متوسط ​​ومنخفض الطاقة بشكل عام في المعالجة الدقيقة.

3. تطبيق الآلات الدقيقة بالليزر وتطوير الصين والعالم

3.1 الوضع الدولي

3.1.1 الثقب بالليزر بدقة

مع تقدم التكنولوجيا ، لم تتمكن طريقة التثقيب التقليدية من تلبية الاحتياجات في العديد من المناسبات. على سبيل المثال ، يتم معالجة الثقوب الصغيرة التي يبلغ قطرها عدة عشرات من الميكرومترات على سبائك كربيد التنجستن الصلبة ؛ تتم معالجة الثقوب العميقة التي يبلغ قطرها عدة مئات من الميكرومترات على الأحمر والياقوت الأحمر الصلب والهش ، وما إلى ذلك ، والتي لا يمكن تحقيقها بواسطة طرق المعالجة التقليدية. تصل كثافة الطاقة اللحظية لشعاع الليزر إلى 108 واط / سم 2 ، والتي يمكنها تسخين المادة إلى نقطة الانصهار أو نقطة الغليان في وقت قصير لتحقيق ثقب في المواد المذكورة أعلاه. بالمقارنة مع شعاع الإلكترون ، والتحليل الكهربائي ، والشرارة الكهربائية ، والحفر الميكانيكي ، فإن الحفر بالليزر يتمتع بجودة جيدة ، ودقة تكرار عالية ، وتنوع قوي ، وكفاءة عالية ، وتكلفة منخفضة ، ومزايا تقنية واقتصادية شاملة كبيرة. لقد وصل الحفر بالليزر الدولي الدقيق إلى مستوى عالٍ جدًا. تستخدم شركة سويسرية ليزر الحالة الصلبة لإحداث ثقوب في شفرات توربينات الطائرات ، والتي يمكنها معالجة الثقوب الدقيقة بقطر من 20 ميكرومتر إلى 80 ميكرومتر ، ويمكن أن تصل نسبة القطر إلى العمق إلى 1:80 (انظر الشكل 1 (أ)) . يمكن لشعاع الليزر أيضًا معالجة العديد من الثقوب ذات الشكل الخاص مثل الثقوب العمياء (انظر الشكل 1 (ب)) والثقوب المربعة على المواد الهشة مثل السيراميك ، والتي لا يمكن تحقيقها بواسطة الآلات العادية.

3.1.2 القطع الدقيق بالليزر

بالمقارنة مع طريقة القطع التقليدية ، الدقة القطع بالليزر له العديد من المزايا. على سبيل المثال ، يمكنها عمل شقوق ضيقة ، وتقريبًا لا توجد بقايا قطع ، ومنطقة صغيرة متأثرة بالحرارة ، وضوضاء قطع منخفضة ، ويمكنها توفير 15٪ إلى 30٪ من المواد. نظرًا لأن الليزر نادرًا ما ينتج نبضات ميكانيكية وضغطًا على المادة التي يتم قطعها ، فهو مناسب لقطع المواد الصلبة والهشة مثل الزجاج والسيراميك وأشباه الموصلات ، بالإضافة إلى ذلك ، فإن بقعة الليزر صغيرة والشق ضيق ، لذلك فهي خاصة. مناسبة للأجزاء الصغيرة. نوع من القطع الدقيق. تستخدم شركة سويسرية ليزر الحالة الصلبة للقطع الدقيق ، وقد وصلت دقة أبعادها إلى مستوى عالٍ جدًا.

التطبيق النموذجي للقطع الدقيق بالليزر هو قطع الإستنسل SMT في لوحات الدوائر المطبوعة (انظر الشكل 2). طريقة تشكيل قالب SMT التقليدية هي طريقة حفر كيميائية. عيبها القاتل هو أن الحجم المحدد للآلة يجب ألا يكون أقل من سمك اللوحة ، وطريقة النقش الكيميائي لها عملية معقدة ، ودورة تصنيع طويلة ، والوسط المسبب للتآكل يلوث البيئة. 

لا يقتصر استخدام المعالجة بالليزر على التغلب على أوجه القصور هذه فحسب ، بل يؤدي أيضًا إلى إعادة معالجة القالب النهائي. وعلى وجه الخصوص ، تعد دقة المعالجة وكثافة الفجوة أفضل بكثير من السابق (انظر الشكل 3). أقل قليلاً من السابق. ومع ذلك ، نظرًا للمحتوى التكنولوجي العالي لمجموعة كاملة من المعدات المستخدمة في المعالجة بالليزر والسعر المرتفع ، يمكن لعدد قليل فقط من الشركات في عدد قليل من البلدان مثل الولايات المتحدة واليابان وألمانيا إنتاج الماكينة بأكملها.

3.1.3 اللحام الدقيق بالليزر

اللحام بالليزر له منطقة ضيقة جدًا متأثرة بالحرارة وفتحة لحام صغيرة. على وجه الخصوص ، يمكنها لحام المواد ذات درجة الانصهار العالية والمعادن غير المتشابهة دون الحاجة إلى مواد إضافية. وصل الاستخدام الدولي لليزر YAG الصلب في لحام الدرز ولحام النقط إلى مستوى عالٍ. بالإضافة إلى ذلك ، يتم لحام أسلاك التوصيل بالدائرة المطبوعة بالليزر ، والتي لا تتطلب استخدام تدفق ، ويمكن أن تقلل الصدمة الحرارية دون التأثير على قالب الدائرة ، وبالتالي ضمان جودة قالب الدائرة المتكاملة (انظر الشكل 4) .

3.2 الوضع الحالي في الصين

بعد أكثر من 20 عامًا من الجهود ، فيما يتعلق بتكنولوجيا الآلات الدقيقة بالليزر والمعدات الكاملة ، على الرغم من أن الصين قد استخدمت في النقش بالليزر الخزفي ولحام النقاط بالليزر للأجزاء المعدنية الصغيرة الدقيقة ، ولحام التماس واللحام المحكم ، والنقش ، إلخ. 

ومع ذلك ، في تكنولوجيا الآلات الدقيقة بالليزر ، فإن عملية القطع والنقش الدقيقة لقالب الدائرة الإلكترونية الدقيقة مع محتوى تقني عالي وسوق تطبيق واسع ، من خلال الثقوب ، والثقوب العمياء والثقوب ذات الأشكال الخاصة ، وفتحات بمواصفات وأحجام مختلفة على صفائح السيراميك والمطبوعة لوحات الدارات الكهربائية الآلات الدقيقة بالليزر والجوانب الأخرى لا تزال في مرحلة البحث والتطوير ، ولم يظهر أي نموذج صناعي مطابق. 

يستخدم غالبية المستخدمين في الصين عمومًا القوالب المستوردة أو التشغيل الآلي بالعمولة في هونغ كونغ وأماكن أخرى ، وقد أثر السعر المرتفع والدورة الطويلة بشكل خطير على دورة تطوير المنتج. في السنوات الأخيرة ، شهد عدد قليل من الشركات العالمية الكبيرة سوق الصين المحتمل الضخم في صناعة الآلات الدقيقة بالليزر. ، بدأت في إنشاء فروع في الصين. ومع ذلك ، فإن تكاليف التصنيع المرتفعة تزيد من تكاليف المنتج ولا تزال تجعل العديد من الشركات تثبطها.

4. اتجاه التنمية وآفاق تكنولوجيا الآلات الدقيقة بالليزر

تعد أنواع الليزر عالية الجودة والفعالة والمستقرة والموثوقة والرخيصة هي المتطلبات الأساسية للترويج للآلات الدقيقة وتطبيقها. أحد اتجاهات تطوير الآلات الدقيقة بالليزر هو تصغير أنظمة المعالجة. في السنوات الأخيرة ، تطورت أشعة الليزر التي يتم ضخها بواسطة الصمام الثنائي بسرعة. لديها سلسلة من المزايا مثل كفاءة التحويل العالية ، واستقرار العمل الجيد ، وجودة الحزمة الجيدة ، والحجم الصغير. من المحتمل أن يصبح الليزر الرئيسي للجيل القادم من الآلات الدقيقة بالليزر.

يعد تكامل أنظمة المعالجة اتجاهًا مهمًا آخر في تطوير المعالجة الدقيقة بالليزر. تنظيم وتحسين تكنولوجيا الآلات الدقيقة بالليزر للمواد المختلفة ؛ تطوير برنامج تحكم مخصص وسهل الاستخدام ومناسب للمعالجة الدقيقة بالليزر ، وتكميله بقاعدة بيانات العملية المقابلة ؛ الجمع بين التحكم والعملية والليزر لتحقيق بصري ، يعد تكامل الماكينة والكهرباء وتصنيع المواد اتجاهًا لا مفر منه في تطوير المعالجة بالليزر الدقيقة.

على الرغم من أن الصين لديها فجوة كبيرة مع العالم من حيث تكنولوجيا ومعدات تصنيع الليزر ، إذا واصلنا تحسين جودة شعاع الليزر ودقة التصنيع على أساس الأصل ، جنبًا إلى جنب مع البحث في تكنولوجيا تصنيع المواد ، فسوف نحتل دقة الليزر سوق الآلات قدر الإمكان. وتخترق تدريجيا في مجال الآلات الدقيقة بالليزر ، يمكن أن تعزز التطور السريع ل القطع بالليزر التكنولوجيا ، وفي النهاية جعل الآلات الدقيقة بالليزر صناعة واسعة النطاق.

رابط لهذه المقالة ： حالة وآفاق تقنية التصنيع الدقيق بالليزر

إعادة طبع بيان: إذا لم تكن هناك تعليمات خاصة ، فإن جميع المقالات الموجودة على هذا الموقع أصلية. يرجى الإشارة إلى مصدر إعادة الطباعة:

توفر PTJ® مجموعة كاملة من الدقة المخصصة التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الصين services.ISO 9001: 2015 & AS-9100 معتمد. دقة سريعة 3 و 4 و 5 محاور التصنيع باستخدام الحاسب الآلي الخدمات بما في ذلك الطحن ، والتحول إلى مواصفات العميل ، وقادرة على تصنيع الأجزاء المعدنية والبلاستيكية بتفاوت +/- 0.005 مم. تشمل الخدمات الثانوية CNC والطحن التقليدي ، والحفر ،يموت الصب,صفيحة معدنية و ختم.توفير نماذج أولية وتشغيل كامل للإنتاج والدعم الفني والتفتيش الكامل السيارات, الفضاء، العفن والتجهيزات ، الإضاءة ،طبيوالدراجة والمستهلك إلكترونيات الصناعات. التسليم في الوقت المحدد أخبرنا قليلاً عن ميزانية مشروعك ووقت التسليم المتوقع. سنضع إستراتيجية معك لتقديم أكثر الخدمات فعالية من حيث التكلفة لمساعدتك في الوصول إلى هدفك ، مرحبًا بك في اتصل بنا ( sales@pintejin.com ) مباشرة لمشروعك الجديد.