为什么用激光可做“微型钻头”

 日常生活用的袖珍计算机、录像机、电传机,各种自动化控制生产设备,各类航天航空仪器仪表及科学研究用的各种仪器,它们的规格都在不断缩小,微型化将是各种产品今后的发展方向。制造的家用电器和仪器设备趋向小型化,那么装配它们用的元件就更要小型化。不言而喻, 它们的制作难度也越来越大,精密度也越来越高。用激光可以做成能进行各类加工的工具和测量工具。并且能够达到很高的精密度。激光为什么可作“微型钻头”呢?首先是因为激光有很好的相干性,用光学系统就可以把它聚焦成直径很微小的光点(小于 1 微米),相当于用来钻孔的“微型钻头”。其次,激光的亮度很高,在聚焦的焦点上的激光能量密度(平均每平方厘米面积上的能量)会很高,一台普通的激光器输出的激光,产生的能量就可以高达 109 焦耳/厘米 2,足能让材料发生熔化并汽化,并且在材料上留下一个小孔,它的效果比用钻头钻出来的更胜一筹。激光“钻头”很精密,怎样用法比较好呢?激光科学工作者研究发现,用每秒发射许多个光脉冲(通常叫高重复率激光脉冲)做“钻头”, 打出来的小孔比用单个光脉冲,或每秒时间内少数几个光脉冲打出来的孔好。原因是:在用每秒一个光脉冲或少数几个脉冲打孔时,对每个光脉冲的激光能量要求比较高,让材料能被加热至熔化才可以打出孔。可是,融熔了的材料没有办法充分汽化,却把在它附近的材料加热和使它们汽化,使打出来的小孔在形状大小上就不是很规整。如果使用的是高重复率激光器输出的光脉冲,这时每个光脉冲平均的能量并不很高,但由于光脉冲的宽度窄,功率水平不低。于是每个激光脉冲在材料上形成的融熔体不多.主要是发生汽化。并且使小孔附近的材料加热时融熔体很少,所以打出的小孔形状和大小就很规整。另外,要使打出的小孔质量高,还需要注意激光焦点位置的选择。对于比较厚的材料,激光束焦点位置应位于工件的内部;如果材料比较薄,激光束焦点需放在工件表面的上方。这样的安排打出来的小孔上下大小基本上一致,不出现“桶状”的小孔。激光“微型钻头”具有许多优点,它们在材料上钻孔,不仅钻出的小孔质量非常好,特别是在打大量同样的小孔时,还能保证多个小孔的尺寸形状统一,而且钻孔速度快,生产效率高。所以,除在电子工业生产中用激光打孔外,其他许多工业生产部门都在采用,例如普通香烟过滤嘴上的小孔、喷雾器阀门上的小孔,也都在采用激光加工。 

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