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100W 飞秒激光器的高速塑料加工

来源:理波公司

  发布:johnny

关键词:飞秒激光器 塑料加工

2018-02-02

 塑料在医疗器械和有机电子制造等工业部门中的使用越来越多。医疗器械应用包括支架、导管和线材植入器械的制造,需要使用激光器以尽可能高的质量成型和切割,并且产生最低限度的热损伤。随着平板显示器市场从 LCD 转向使用塑料材料的有机 LED (OLED),优质激光塑料成型和切割工艺成为必要。

飞秒激光器能够在加工塑料材料时产生最小热影响区 (HAZ),实现非常精确的材料去除控制。尽管已实现的加工质量符合工业要求,但加工速度需要有所改进,才能令工业用户满意。要以迅速和具成本效益的方式加工部件,需要使用平均功 率 >100 W 的飞秒激光器系统。此外,激光器系统必须坚固稳定,才能承受生产车间的要求。Spectra-Physics® 的Spirit® 1030-100-SHG 激光器(图 1)制定了高精度工业制造的飞秒激光器新标准。


此激光器具有令人惊叹的通用性和性能,可满足各种应用的需求。1030 nm 波长的高平均功率 (>100 W) 和高脉冲能量 (>100 µJ) 与高重复频率(最高 10 MHz)短脉冲宽度 (<400 fs) 相结合,以最低的购置成本将飞秒微加工应用推向最高的产量水平。用户可配置的突发模式实现具有更高烧蚀效率的加工,从而为某些材料实现更高的产量和质量。此外,集成式二次谐波产生 (SHG) 在波长 515 nm 时提供>50 W 的输出功率。

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图 1.Spectra-Physics 的 Spirit 1030-100-SHG 高功率工业飞秒激光器。

 

515 和 1030 nm 波长的 Spirit 1030-100-SHG 激光器系统已用于切割 75 µm 厚聚酰亚胺 (PI) 和聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 塑料条板。我们研究了高质量加工区域(热影响区 HAZ <100 µm)最大可能的切割速度对应的平均功率和波长的作用函数。

 

图 2.使用 Spectra-Physics 的 Spirit 1030-100-SHG 激光器切割的聚酰亚胺(左)和聚对苯二甲酸乙二醇酯(右)塑料的显微图像。1030 nm 时100 W 平均功率飞秒激光器的应用产生的效果为 75 µm 厚塑料 1 m/s 以上的切割速度和极高的质量 (HAZ <50 µm) 。

 

图 2 显示使用 Spirit 1030-100-SHG 激光器加工的 PI和 PET 塑料的显微图像。此飞秒激光器在 1030 nm 时 100 W 平均功率下的应用产生的结果是两种塑料 1 m/s 以上的切割速度。此外,该激光器实现了具有最小热损伤 (HAZ <50 µm) 的卓越加工质量。展示的切割速度和质量符合医疗器械和 OLED 显示器制造商的要求。


使用波长更短的飞秒激光器,可以进一步改进塑料的加工质量。在此情况下,激光能量可以更有效地用于透明塑料的烧蚀,因此加工塑料时可实现更高的空间分辨率和更小的热损伤。图 3 显示使用 515 nm 时 50 W 平均功率的 Spirit

激光器在 PET 中切割的特征。可以从图 3 中看出,波长越短,HAZ 明显更小。图中展示了小于 10 µm 的 HAZ 和400 mm/s 以上的切割速度。


我们的结果显示,Spectra-Physics 的高功率工业飞秒激光器 Spirit 1030-100-SHG 是以高切割速度和质量加工塑料材料的理想选择。超短脉冲 (<400 fs) 在 515和 1030 nm 波长时产生精确、干净利落的塑料切割。

图 3.使用 515 nm 的 Spirit 1030-100-SHG 飞秒激光器切割的聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET) 塑料条板的显微镜图像。515 nm 时 50 W 平均功率产生的效果为 75 µm 厚 PET 0.4 m/s 以上的切割速度和一流的质量 (HAZ <10 µm)。

 

产品:SPIRIT 1030-100、SPIRIT 1030-70 和 SPIRIT 1030-100

 

Spirit 1030-100 和 1030-70 激光器设定了高精度工业制造的飞秒激光器新标准。这些激光器提供高平均功率、高脉冲能量和高重复频率,实现更高产量。客户得益于工业上可获得的最短脉冲宽度和一流的光束质量,转而能够以最高产量在不产生热影响区 (HAZ) 的情况下加工具有最高精度的复杂而挑战性的部件。Spirit 1030-100 和 1030-70 为工业用途而设计,以最低的购置成本实现稳定可靠的全天候运行。