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 玻璃、陶瓷和水晶等透明和脆性材料是高質(zhì)量、高產(chǎn)量加工的歷史難題。傳統(tǒng)的機械工藝通常過于粗糙，尤其是對于更薄的材料，必須減慢速度以避免材料產(chǎn)生嚴(yán)重的破裂和碎屑。此外，工具磨損也成問題，因為刃口在其整個生命周期中不斷退化，而加工部件的質(zhì)量、產(chǎn)量等很可能也會下降,再加上消耗品更換成本會隨著時間變得非常高昂。再則，硬質(zhì)脆性材料導(dǎo)致很高的工具磨損率，而消耗品成本會隨著時間變得過高。因此，制造商越來越期望將激光器技術(shù)作為解決方案。

在許多情況下，納秒脈沖激光器為加工這些材料提供很好的成本和性能。對于氧化鋁 (Al2O3) 陶瓷，即使紅外 (1064 nm) 波長也能實現(xiàn)高速深層劃線，不過更短的波長可實現(xiàn)更高的質(zhì)量和更小的特征尺寸。玻璃切割和鉆孔在各種行業(yè)中越來越常見，使用綠光和紫外波長通常能夠大獲成功。然而，隨著制造商追求越來越高的質(zhì)量和更精細(xì)特征的加工，激光行業(yè)必須提供越來越好的工具。

 

為此，皮秒激光器技術(shù)在高質(zhì)量、高產(chǎn)量加工這些具有挑戰(zhàn)性的材料方面得到越來越多的應(yīng)用。然而，當(dāng)前的皮秒激光器存在許多重大缺點- 它們常常價格高昂、體積龐大、不靈活并且不一定可靠。Spectra-Physics 的 IceFyre 重新定義的皮秒微加工激光器市場。IceFyre 是一款新型工業(yè)皮秒激光器，以行業(yè)領(lǐng)先的性價比實現(xiàn)卓越的性能、前所未有的多功能性、最小的尺寸以及工業(yè)可靠性。

 

IceFyre 激光器在 1064nm 波長時提供 >200mJ 脈沖能量和 >50W平均功率。此外，它包含TimeShift™ ps技術(shù)， 該技術(shù)允許通過可變子脈沖間隔時間進行突發(fā)模式操作；每子次脈沖的能量、間隔和突發(fā)包絡(luò)中的次脈沖數(shù)量可變但仍然保持相同的最大輸出功率。

 

Spectra Physics 應(yīng)用工程師使用 IceFyre 1064-50 進行了一系列透明和脆性材料加工實驗。這些實驗旨在為特定工業(yè)應(yīng)用開發(fā)最佳工藝。經(jīng)測試的材料包括 200μm厚Corning® Willow® 玻璃、150μm厚藍(lán)寶石和 200μm厚氧化鋁(Al2O3)陶瓷。在這些材料中，我為直徑 5 至 10 mm 范圍的孔開發(fā)了環(huán)鋸切割工藝。

 

在用于制造個人移動設(shè)備的薄玻璃中，皮秒激光器已證明尤其有價值。封閉形狀切割對按鈕、揚聲器開口、照相機窗口等特征的集成很重要。使用 IceFyre 激光器結(jié)合高速多程環(huán)鉆切割工藝，我們在 200μm厚Willow玻璃上切割出了直徑10 mm 的孔。圖 1 顯示完整切口的數(shù)碼照相機微距照片。孔切割時間約為 2.5 秒，燒蝕邊緣看起來非常光滑。經(jīng)光學(xué)顯微鏡檢查確定，邊緣碎屑通常為 0-10 μm，切割邊緣的表面輪廓數(shù)據(jù)顯示粗糙度 Ra 為 <1 μm。

人造藍(lán)寶石幾十年來一直用于手表蓋板，如今作為按鈕和照相機窗口等組件的堅固抗劃傷材料，越來越多地在移動設(shè)備中使用。在這些測試中，我們從 150 μm厚 C-面雙面拋光藍(lán)寶石上加工出小型圓盤。對于此類極薄的脆性材料，開發(fā)高平均功率激光器的高速工藝非常具有挑戰(zhàn)性。經(jīng)過精心的IceFyre 皮秒激光器工藝優(yōu)化，我們在約 1.5 秒內(nèi)切割出直徑 5 mm 的圓盤。圖 2 顯示圓盤的照相機微距照片。該照片顯示良好的薄藍(lán)寶石材料加工質(zhì)量，無可見碎屑， 并且切割邊緣光滑磨砂。

 

對于更快的切割速度，側(cè)壁粗糙度 Ra 通常約為 1.5 μm。然而，在產(chǎn)量上稍作取舍，IceFyre 激光器還以 可在藍(lán)寶石中加工出0.5至 1.0 μm范圍的Ra值在藍(lán)寶石中加工出一些特征。

 

由于結(jié)合了高硬度、高電氣絕緣性和高導(dǎo)熱性，氧化鋁陶瓷正越來越多地用于發(fā)光二極管 (LED)散熱器、高溫印刷電路板(PCB)以及嚴(yán)苛高溫環(huán)境的設(shè)備封裝等應(yīng)用。

 

 

然而，由于該材料的硬度和某種程度上的脆性，這些優(yōu)勢同樣伴隨著精密加工的挑戰(zhàn)。使用 IceFyre 的短皮秒脈沖結(jié)合高速多遍環(huán)鉆工藝，我們在該材料中高質(zhì)量、高產(chǎn)量地切割出直徑5 mm 的孔。圖 3 顯示加工孔的數(shù)碼照相機照片。每個孔的加

工時間為 0.8 秒，相當(dāng)于約 20 mm/s 的線性切割速度。照片顯示切口邊緣和側(cè)壁不存在使用長脈沖寬度激光器加工時常常出現(xiàn)的變暗和碎屑沉積。

產(chǎn)品：ICEFYRE 1064-50

IceFyre 正在申請專利的設(shè)計重新定義了皮秒微加工激光器，以行業(yè)領(lǐng)先的性價比實現(xiàn)卓越的性能和前所未有的多功能性。IceFyre基于Spectra-Physics的 It’s in the Box™ 設(shè)計，將激光器和控制器集成到行業(yè)最小的封裝中。IceFyre 的獨特設(shè)計利用光纖激光器的靈活性和Spectra-Physics 獨有的功率放大器能力，實現(xiàn) TimeShift ps 可編程突發(fā)模式技術(shù)和廣泛的重復(fù)頻率可調(diào)節(jié)性。每臺激光器均配備一組標(biāo)準(zhǔn)波形；可選的 TimeShift ps GUI可用于創(chuàng)建自定義波形。該激光器為高掃描速度的優(yōu)質(zhì)加工（例如使用多面掃描鏡）提供同類中抖動最低的按需脈沖觸發(fā)。