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    [轉(zhuǎn)載]高功率二極管激光器用于激光加工 [復(fù)制鏈接]

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    只看樓主 倒序閱讀 樓主  發(fā)表于: 2009-06-06
    關(guān)鍵詞: 二極管激光器激光加工
    過去的幾年中,高功率二極管激光(HPDL)已被成功地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。除了用做固態(tài)激光器的泵浦源以外,它們還被用于材料加工中,例如焊接、軟釬焊和熱處理。此前,千瓦級(jí)的系統(tǒng)更為重要,因?yàn)樗鼈兛杀挥糜诮饘俦∑暮附右约熬植炕鼗。而目前,更多的微型加工?yīng)用利用了功率為 500W的HPDL來進(jìn)行加工。HPDL的光束質(zhì)量高而且聚焦光斑小,這些特點(diǎn)讓HPDL成為一項(xiàng)深具潛力的加工手段。 )*L=$0R  
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    二極管激光器可被用于直接加工中,或者以光纖耦合系統(tǒng)的形式應(yīng)用到加工中。用于直接加工的激光光斑為矩形焦斑,而光纖耦合系統(tǒng)中常見的是軸向?qū)ΨQ的光束(如圖1)。對(duì)于功率在150W范圍內(nèi)的激光器來說,人們更多地使用被動(dòng)制冷的光纖耦合激光系統(tǒng)。在半導(dǎo)體中產(chǎn)生的熱量經(jīng)過一個(gè)大型銅制散熱片進(jìn)行散熱。對(duì)于散熱片的冷卻來說,可以使用電熱元件,或者工業(yè)水冷系統(tǒng)。 ^&lkh@Y1q  
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    被動(dòng)式制冷的二極管激光器優(yōu)勢在于它的設(shè)計(jì)簡潔,而且所需的維護(hù)量很少。水冷二極管激光器需要使用的制冷劑,在被動(dòng)式制冷的二極管激光器就不需要使用。在多數(shù)情況下,因?yàn)槭褂昧舜笮蜕崞,所以被?dòng)式制冷的二極管激光器無法得到直接輸出的激光,激光輻射必須通過光纖來傳輸,光纖直徑在400到800m。這類系統(tǒng)得到的焦斑直徑約在600到1200m,工作距離為100mm。在一些特殊應(yīng)用中,也可以降低激光功率得到直徑更小的光斑。由于二極管激光器的光束質(zhì)量高,因此若使用200m的光纖,在工件上可以達(dá)到約22W的激光能量。若使用焦距更短的透鏡,焦斑直徑可達(dá)120m。 #l 6QE=:  
    在直接加工應(yīng)用中,若所需的激光功率大于150W,可以使用主動(dòng)冷卻型激光器。這樣,冷卻水的質(zhì)量就變得非常重要。所有相關(guān)的參數(shù)都必須通過集成探測器的檢測,以確保系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。 [a!)w@I:  
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    應(yīng)用和機(jī)遇 hs*n?vxp3  
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    除了二極管的技術(shù)設(shè)計(jì)外,實(shí)際的應(yīng)用場合決定了焦斑的大小和幾何形狀。線狀焦斑比圓形焦斑更適合進(jìn)行熱處理。而矩形焦斑只有在對(duì)其參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格限制的情況下,才可以被用于輪廓加工。二極管激光器設(shè)計(jì)簡潔,其傳感器可以直接被集成到聚焦頭,以便進(jìn)行加工控制。在生產(chǎn)過程中使用高溫計(jì)和CCD攝像頭有助于對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行設(shè)置、控制和存檔。利用這些設(shè)備,技術(shù)人員甚至可以修復(fù)產(chǎn)品缺陷,從而令加工的質(zhì)量更為可靠。 L%<DLe^P`l  
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    C^fn[plL  
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    近幾年來,人們更加重視利用激光透射來焊接聚合物塑料。與傳統(tǒng)技術(shù)(例如熱焊接、超聲波焊接、振動(dòng)焊接技術(shù)等)相比,激光焊接的優(yōu)勢在于能量傳輸無需直接接觸,而且其熱影響區(qū)域小。根據(jù)應(yīng)用情況的不同,可以使用不同的方式來焊接,比如掩膜焊接、輪廓焊接、同步焊接或者準(zhǔn)同步焊接。光纖耦合二極管激光器的光束質(zhì)量很高,使得準(zhǔn)同步焊接中掃描光學(xué)元件的使用成為可能。 "vfpG7CG  
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    在聚合物塑料的焊接中,選擇合適的激光波長是很重要的。在多數(shù)情況下,吸收率是由塑料中的添加劑決定的,比如塑料中的色素或者顏料,而不是由聚合物基體材料決定的。聚合物生產(chǎn)商提供了各種各樣不同顏色的塑料,用于激光透射焊接。大部分添加劑對(duì)于激光的吸收范圍比較窄。而且這些吸收范圍并不能覆蓋標(biāo)準(zhǔn)的激光波長范圍(808,940和960nm)。 P VSz%"  
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    HPDL在工業(yè)中的應(yīng)用首先是對(duì)金屬的熱處理。應(yīng)用實(shí)例包括導(dǎo)向桿的硬化處理、扭轉(zhuǎn)彈簧的熱處理;在這兩項(xiàng)應(yīng)用中,激光能量輸入的局域化和可控性是巨大的優(yōu)勢。目前的HPDL技術(shù)已經(jīng)能夠加工外形很小的物體,而且準(zhǔn)確性高,這就開拓了更有價(jià)值的應(yīng)用前景。 Ri>ZupQ6  
    O Cn  ra  
    對(duì)于標(biāo)簽生產(chǎn),具有微米級(jí)刀口的沖壓工具已經(jīng)被集成到印刷機(jī)上。這些刀口必須進(jìn)行硬化處理,而且在處理的過程中,必須避免刀口背面的材料也被加熱。因此,為了實(shí)現(xiàn)刀口上的均一硬化,集成了高溫計(jì)的HPDL被用來進(jìn)行加工。該激光系統(tǒng)在一個(gè)閉合的回路上加熱,以保持刀口上的溫度不變(如圖2)。 bZ#5\L2  
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    直徑100~600m的鎢絲在放進(jìn)燈泡里以前必須先被重新整形。然而,鎢絲是易碎金屬,在整形過程中需要回火,當(dāng)鎢絲被加熱的時(shí)候,它必須被蓋上一層保護(hù)氣體。使用HPDL,人們可以通過閉環(huán)過程把鎢絲加熱至回火溫度,而且不會(huì)壞成形切刀。 3i#'osq