Лазерная прошивка отверстий в металле
Обновлено: 18.05.2024
Современная промышленность предъявляет высокие требования к прецизионной и производительной обработке деталей с микроотверстиями: фильер, форсунок, элементов конструкций с охладительными, смазочными и вентиляционными отверстиями. Повышенный интерес связан с изготовлением отверстий изменяемой формы и малого размера (менее 100 микрон) с регулируемой или нулевой конусностью в материалах различной толщины.
Микросверление используют для получения сквозных и глухих отверстий микронных размеров в самых разнообразных отраслях промышленности. Неоспоримое преимущество лазерного микросверления перед механическим, электроэрозионным и химическим способами обработки заключается в отсутствии расходных материалов. Лазерное сверление позволяет изготавливать не только округлые отверстия, но и отверстия сложной формы, направленные под углом к поверхности, а также отверстия с прямыми или коническими боковыми стенками. Благодаря малому термическому воздействию лазерного луча на края отверстия, становится возможна прецизионная обработка как прозрачных, так и непрозрачных материалов, в том числе хрупких и труднообрабатываемых традиционным способом.
Компания IPG предлагает широкий диапазон лазеров и систем доставки луча для оптимизации процессов изготовления микроотверстий. Данные устройства могут использоваться в качестве высокоскоростных, полностью автоматизированных, производственных решений для обработки материалов толщиной от сотен микрон до нескольких миллиметров.
Сверление керамики
Высокоскоростные системы, изготавливаемые компанией IPG, оптимизированы для прошивки микроотверстий в различной керамике (на основе Al2O3, AlN и др.), используемой для размещения электронных устройств и контактных разъемов.
Такие системы оснащаются квазинепрерывными одномодовыми и многомодовыми лазерами, либо 10-пикосекундными импульсными лазерами. Поддерживая минимальный размер отверстий в пределах 10 микрон и максимальную скорость обработки свыше 1000 отверстий в секунду, установка для сверления волоконными лазерами значительно превосходит возможности традиционных СО2-лазеров.
На картинке показано 20000 отверстий, просверленных в керамике на основе AL2O3 толщиной 380 мкм
Сверление металлов
Использование лазеров IPG позволяют получать как глухие, так и сквозные отверстия круглой и произвольной формы.
Разработаны технологии, позволяющие получать размер выходного отверстия диаметром до 5 мкм. На рисунке показаны отверстия диаметром 100 мкм, пробитые в молибдене толщиной 100 мкм.
Сверление термореактивных полимеров (смол)
Минимальный размер элемента до 2 микрон.
Справа: сопло для струйной печати с квадратной зенковкой.
Сверление полимерных термопластов
Сквозные и глухие отверстия в термопластах. Диаметр отверстий до 2 мкм.
В данной технологии обычно используется УФ-обработка при помощи масок и оптических элементов с большим полем обзора для высокой производительности.
На рисунке показан массив сквозных отверстий в пластике ABS толщиной 1 мм.
Сверление зондовой платы из нитрида кремния
Лазерные системы микрообработки компании IPG используют запатентованную технологию подачи луча для высокоскоростного сверления, благодаря чему в пластине из нитрида кремния толщиной около 250 мкм можно изготовить микроотверстие менее чем за секунду, а при толщине в 380 мкм – за 2 секунды.
На рисунке показаны квадратные отверстия размером 65 x 65 мкм в нитриде кремния толщиной 200 мкм. Толщина стенок составляет 10 мкм
Сверление стекла
Для микросверления стекла оптимально использование высокочастотных лазеров с короткой длиной волны. В сочетании с прецизионным микрообрабатывающим комплексом такие источники обеспечивают ровную округлую форму отверстий, минимальную конусность, отсутствие трещин и минимум сколов.
При помощи зелёного лазера наносекундной длительности возможна прошивка стекла с нулевой конусностью.
Обратитесь за поддержкой в наш отдел продаж. Запросите подробную информацию о продукции или задайте нам вопрос.
Резка лазером
Выполняются заказы по лазерной резке широкого круга материалов, конфигураций и размеров.
Лазерная резка
Сфокусированное лазерное излучение позволяет резать практически любые металлы и сплавы, независимо от их теплофизических свойств. При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал и возникают незначительные деформации. Вследствие этого можно осуществлять лазерную резку с высокой точностью, в том числе и легкодеформируемых и нежестких деталей. Благодаря большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса реза. При этом достигается такое высокое качество реза, что в полученных отверстиях можно нарезать резьбу.
Лазерная резка широко применяется в заготовительном производстве. Основное преимущество лазерной резки – она позволяет переходить с одного типа деталей любой геометрической сложности на другой тип практически без затрат времени. По сравнению с традиционными методами резки и механообработки скорость различается в несколько раз. Из-за отсутствия теплового и силового воздействия на изготавливаемую деталь, она не претерпевает деформаций в процессе изготовления. Качество изготавливаемой продукции позволяет совершать сварку встык без смещений кромок среза и предварительной обработки соединяемых сторон.
Твердотельные лазеры неметаллические материалы режут значительно хуже газовых, однако имеют преимущество при резке металлов - по той причине, что волна длиной 1 мкм отражается хуже, чем волна длиной 10 мкм. Медь и алюминий для волны длиной 10 мкм - почти идеально отражающая среда. Но, с другой стороны, сделать CО2-лазер проще и дешевле, чем твердотельный.
Точность лазерной резки достигает 0,1 мм при повторяемости +0,05 мм, причем качество реза стабильно высокое, поскольку зависит только от постоянства скорости перемещения лазерного луча, параметры которого остаются неизменными.
Краткая характеристика реза: окалина обычно отсутствует, небольшая конусность (завист от толщина), получаемые отверстия круглые и чистые, возможно получение совсем небольших деталей, ширина реза 0,2-0,375 мм, прижоги незаметны, тепловое воздействие очень мало, имеется возможность резки неметаллических материалов.
Прошивка отверстий
Немаловажным фактором для лазерной резки является прошивка первоначального отверстия для ее начала. У некоторых лазерных установок имеется возможность с помощью процесса так называемой летающей прошивки в холоднокатаной стали толщиной 2 мм получать до 4 отверстий в секунду. Получение одного отверстия в более толстых (до 19,1 мм) листах из горячекатаной стали при лазерной резке осуществляют с помощью силовой прошивки примерно за 2 с. Применение обоих этих методов позволяет увеличить производительность лазерной резки до уровня, достигаемого на вырубных прессах с ЧПУ.
Пробивка отверстий
С помощью этого метода можно получать отверстия диаметром 0,2-1,2 мм при толщине материала до 3 мм. При соотношении высоты отверстий к их диаметру 16:1 лазерная пробивка превосходит по экономичности почти все другие методы. Объектами применения этой технологии являются: сита, ушки игл, форсунки, фильтры, ювелирные изделия (подвески, четки, камни). В промышленности с помощью лазеров осуществляется пробивка отверстий в часовых камнях и в волочильных фильерах, причем производительность достигает 700 тыс. отверстий в смену.
Скрайбирование
Часто используемым является режим несквозной резки, так называемое скрайбирование. Оно широко используется в промышленности, в частности, в микроэлектронике, для разделения кремниевых шайб на отдельные элементы (фрагменты) по заданному контуру. В этом процессе также оказывается существенным взаимная ориентация проекции вектора электрического поля падающего излучения и направления сканирования для обеспечения высокой эффективности и качества процесса.
Скрайбирование широко используется в промышленности (микроэлектроника, часовая промышленность и др.) для разделения тонких пластин поликора и сапфира, реже для разделения кремниевых шайб. При этом для осуществления дальнейшего механического разделения достаточно скрайбирования на глубину около трети от полной толщины разделяемой пластины.
Процессы микрообработки
Высокая степень автоматизации в последние годы позволила вновь на новой стадии использовать на практике такие процессы, как подгонка номиналов резисторов и пьезоэлементов, отжиг имплантированных покрытий на поверхности полупроводников, напыление тонких пленок, зонная очистка и выращивание кристаллов. Возможности многих процессов к настоящему моменту еще не до конца раскрыты.
Прошивка отверстий
Прошивка отверстий является стандартной операцией во многих технологических процессах.
Лазерный Центр создал технологию для прошивки материалов различного типа и различной толщины, которая обеспечивает:
- Высокую производительность до 100 (отверстий в секунду);
- Высокое качество (отсутствие трещин и сколов материала);
- Пространственную гибкость (управление конусностью отверстий).
Обрабатываемые материалы:
- Поликор
- Кремний
- LTCC керамика
- Корундовая керамика
- Феррит
- Ситалл
- Сапфир
- Нитрид алюминия
- Al2O3
Примеры применения технологии прошивки отверстий в металле и керамике
Низкотемпературная керамика
Ситалл 0.5 мм
Кремний 0.5 мм
Феррит 0.5 мм
Корундовая керамика 1 мм
Металл
Керамика
Латунь
Видео применения лазерных технологии в Микрообработке
Рекомендуем лазерное оборудование для микрообработки и электронной отрасли
Высокотехнологичная система лазерной гравировки
Высокоточная лазерная резка
Скоростная система лазерной маркировки
Другие решения для этой сферы:
Деметаллизация покрытий
Создание 3D структур на п/п
Размерная обработка подложек
Лазерный Центр разработал ряд технологических решений для обработки таких материалов и производства изделий в электронной отрасли
Современные тенденции развития электроники и электронной техники требуют применения новых материалов и создание принципиально новых миниатюрных изделий.
Инновационные изделия электронной техники (миниатюрные платы, резонаторы, специальные изделия и др.) базируются на использовании керамических материалов (ситалл, поликор, нитрид алюминия, нитрид кремния и другие), а также традиционных (кремний и другие полупроводники) и специальных (фторопласт, полиэтилен и др. ) подложек покрытых различными металлами и сплавами.
Микрообработка таких изделий, особенно в не крупносерийном производстве, когда традиционные (фотополимерные и фотохимические) методы весьма затратны, требует гибких, точных и устойчивых (повторяемых) технологий.
Об опыте взаимодействия нашей компании с заказчиками в данной сфере:
способ прошивки прецизионных отверстий лазерным излучением
Изобретение относится к технологии лазерной обработки материалов и может быть использовано в машиностроении, микроэлектронике и других областях промышленности для прошивки отверстий малого диаметра и большой глубины в изделиях из металлов, их сплавов, диэлектриках и других материалах. Возбуждают лазерное излучение в одном или более активных элементах. Осуществляют модуляцию добротности резонатора. Создают излучение в виде цугов импульсов с помощью лазерного затвора. Устраняют влияние отраженного от обрабатываемой заготовки излучения на развитие генерации. Осуществляют коллимацию и фокусировку лазерного излучения на обрабатываемую заготовку и управление интенсивностью лазерного излучения на дне канала отверстия в процессе обработки заготовки. Генерируют излучения с s- или р-поляризацией. Направляют его в элемент, который пропускает излучение только в направлении обрабатываемой заготовки. В процессе управления интенсивностью лазерного излучения увеличивают интенсивность импульсов в цуге по мере заглубления канала отверстия. В результате возможно увеличение коэффициента формы отверстия и уменьшение его конусности при прошивке лазерным излучением. 1 табл., 1 ил.
Формула изобретения
Способ прошивки прецизионных отверстий лазерным излучением, включающий генерирование лазерного излучения путем его возбуждения в одном или более активных элементах, модуляцию добротности резонатора и создание излучения в виде цугов импульсов с помощью лазерного затвора, коллимацию и фокусировку лазерного излучения на обрабатываемую заготовку и управление его интенсивностью в процессе обработки заготовки, отличающийся тем, что генерируют излучение с s- или p- поляризацией, направляют его в элемент, который пропускает излучение только в направлении обрабатываемой заготовки, а в процессе управления интенсивностью лазерного излучения увеличивают интенсивность импульсов в цуге по мере заглубления канала отверстия.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к технологии лазерной обработки материалов и может быть использовано в машиностроении, микроэлектронике и других областях промышленности для прошивки отверстий малого диаметра и большой глубины в изделиях из металлов, их сплавов, диэлектриках и других материалах.
Известен способ прошивки прецизионных отверстий лазерным излучением (Technological Nd-lasers with the adaptive cavity and their application /A. N. Kravets, I. I. Trifonov, A.V. Gavrilov et all. //Proceedings of SPIE. - Vol. 3267. - 1998. - P. 307-316), заключающийся в том, что в одном или более активных элементах возбуждают лазерное излучение. Причем лазер создают по схеме задающий генератор - усилитель. Резонатор задающего генератора образуют выходным зеркалом и концевым отражателем, представляющим собой систему зеркал, которые устанавливают по схеме интерферометра. Внутри концевого отражателя размещают модулятор лазерного излучения, обладающий возможностью плавно изменять энергетические и временные параметры модулированного излучения, а также осуществлять селекцию мод. С помощью модулятора создают затравочное излучение в виде цуга коротких импульсов, которое усиливают одним или более каскадами усиления до интенсивности, требуемой для обработки. Усиленное излучение при необходимости коллимируют с помощью коллиматора, а затем фокусируют с помощью объектива в зону воздействия, где устанавливают и обрабатывают заготовку.
Недостатком указанного способа является ограниченный коэффициент формы отверстий (отношение глубины к диаметру отверстия), составляющий менее 30. Этот недостаток обусловлен низкой компенсацией фазовых искажений волнового фронта лазерного излучения, что ограничивает как предельную глубину прошивки (не более 16 мм), так и минимальный диаметр получаемых отверстий (не менее 200 мкм).
Другим недостатком является конусность получаемых отверстий, составляющая не менее 1:200, что также вызвано низкой компенсацией фазовых искажений волнового фронта лазерного излучения.
По своей технической сущности наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ прошивки прецизионных отверстий (Лазерная техника и технология. В 7 кн. Кн. 4. Лазерная обработка неметаллических материалов /Под ред. А.Г. Григорьянца. - М.: Высш. шк., 1988. - С. 132-139), заключающийся в том, что в одном или более активных элемента возбуждают лазерное излучение, причем активные элементы устанавливают в стационарный резонатор, имеющий высокую добротность одновременно для многих мод или для одной, при введении в резонатор диафрагмы. Добротность резонатора модулируют с помощью лазерного затвора. При этом создают излучение в виде цугов импульсов, а для ускоренного поглощения материалом энергии излучения увеличивают интенсивность первых пичков. Наведение в резонаторе паразитных мод отраженным от обрабатываемой заготовки излучением устраняют введением оптического элемента с диодной характеристикой после выходного зеркала резонатора. При необходимости лазерное излучение коллимируют с помощью телескопической системы, а затем фокусируют с помощью объектива в зону воздействия, где устанавливают и обрабатывают заготовку. Причем оптическую систему и излучатель лазера располагают так, что размеры светового пятна в фокальной плоскости и в плоскости изображения торца излучателя (или диафрагмы) равны. В этом случае в зоне воздействия образуется цилиндрическая световая трубка, то есть перетяжка излучения в фокальной плоскости ограничена цилиндрической поверхностью. Для снижения конусности получаемых отверстий в процессе обработки управляют интенсивностью лазерного излучения путем относительного смещения объектива и заготовки или последовательной сменой объективов с диафрагмированием. Это позволяет избежать снижения интенсивности излучения на дне канала по мере заглубления отверстия.
Основной недостаток данного способа заключается в низком коэффициенте формы отверстий, составляющем менее 50. Указанный недостаток обусловлен двумя причинами. Во-первых, низкое качество и отсутствие компенсации фазовых искажений излучения приводят к ухудшению его пространственных характеристик и недостаточно острой фокусировке, что ограничивает минимальный диаметр отверстий. Во-вторых, значительные потери излучения в статическом резонаторе и элементе оптической развязки снижают интенсивность импульсов излучения, что ограничивает предельную глубину обработки.
Другим недостатком является значительная конусность получаемых отверстий, составляющая 1:100 и более, что также вызвано низкой компенсацией фазовых искажений волнового фронта лазерного излучения.
Задачей настоящего изобретения является увеличение коэффициента формы отверстия и уменьшение его конусности при прошивке лазерным излучением.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в способе, включающем генерирование лазерного излучения путем его возбуждения в одном или более активных элементах, модуляции добротности резонатора и создания излучения в виде цугов импульсов с помощью лазерного затвора, коллимацию и фокусировку лазерного излучения на обрабатываемую заготовку и управление его интенсивностью в процессе обработки заготовки, генерируют s- или р-поляризованное излучение, а на обрабатываемую заготовку направляют излучение с ортогональной р- или s-поляризацией, для чего излучение с линейной s- или p-поляризацией направляют в элемент, где оно становится ортогонально р- или s-поляризованным и который пропускает излучение только в направлении обрабатываемой заготовки, и в процессе управления интенсивностью лазерного излучения увеличивают интенсивность импульсов в цуге по мере заглубления канала отверстия.
В прототипе генерируется неполяризованное лазерное излучение. Выделение поляризации определенного типа из генерируемого излучения осуществляют введением в резонатор лазера частичного поляризатора, то есть пластины, установленной под углом Брюстера. Это обуславливает не только значительные потери излучения (до 50%) вследствие удаления его части из резонатора, но и довольно низкую, не более 80%, степень поляризации излучения. В свою очередь, это приводит к существенным потерям излучения в оптическом элементе с диодной характеристикой, которые составляют не менее 20%. В предлагаемом способе поляризацию излучения создают на допороговом этапе развития генерации при формировании топографических решеток путем введения фазовой пластинки в кольцо концевого отражателя. Поэтому генерируемое излучение имеет вполне определенную поляризацию. Генерацию s- или p-поляризованного излучения обеспечивают соответствующей настройкой зеркал резонатора и ориентацией фазовой пластинки. При этом степень поляризации составляет более 90%. Следовательно, суммарные потери мощности излучения в резонаторе и в оптическом вентиле составляют менее 10%.
Кроме того, в соответствии с феноменологической моделью заглубления отверстия при фокусировке излучения вблизи поверхности обрабатываемой заготовки процесс разрушения материала можно описать выражением
где r f = D f /2 - радиус сфокусированного излучения; r h (t) - текущий радиус; q - интенсивность поглощенного излучения; L B и - скрытая теплота испарения единицы массы материала и его плотность. Изменение размеров r h на основании закона распространения гауссова пучка можно представить
где h(t) - заглубление отверстия. Тогда, (3) примет вид
Откуда следует, что при большом заглублении отверстия, таком что h(t)>>r f ,
Интегрирование (6) дает формулу для определения глубины отверстия. Когда q=const, что соответствует способу обработки по прототипу, глубина отверстия
В предлагаемом способе интенсивность излучения увеличивают по мере заглубления отверстия согласно закону q=Aq 0 t 2 , где А>1 - коэффициент пропорциональности. После интегрирования (6) глубина отверстия будет
Из (7) и (8) следует, что предлагаемый способ позволяет значительно увеличить глубину отверстия по сравнению с прототипом. Это объясняется как лучшим качеством излучения, так и большей его интенсивностью благодаря значительно более высокой пространственной яркости излучения. В результате, предлагаемый способ дает возможность существенным образом увеличить предельную глубину h mах отверстия. Ее можно найти, приравняв интенсивность потока лазерного излучения его пороговому значению, характеризующему начало разрушения материала, Q = cT B (a i ) 1/2 . Для прототипа h max составляет
а для предлагаемого способа
Формулы (9) и (10) указывают на то, что по сравнению с прототипом предлагаемый способ, благодаря только повышению качества излучения, позволяет значительно (пропорционально параметру М 2 ) увеличить h max . Если сравнить глубину отверстия по прототипу, когда генерация осуществляется в одномодовом режиме, то увеличение h max по предлагаемому способу составляет 7-8 раз, а когда в прототипе генерация происходит в многомодовом режиме, увеличение h max достигает 50 и более раз. При этом следует учитывать, что в предлагаемом способе пространственная яркость излучения на 3-4 порядка выше, что позволяет также соответственно повысить интенсивность излучения в зоне воздействия. В результате h max возрастает в 10 4 раз и более. Причем интенсивность излучения по мере заглубления отверстия увеличивают путем повышения оптической плотности фототропного кристалла. Это дает возможность не только скомпенсировать потери интенсивности из-за расфокусировки излучения и снижение скорости выноса материала из канала, но и получать отверстия с h max пропорциональной времени воздействия t. Причем в отличие от прототипа, где скорость заглубления отверстия снижается с ростом глубины лунки, предлагаемый способ обеспечивает постоянную скорость удаления материала, поскольку q= Ag 0 t 2 . Скорость выноса материала может быть получена дифференцированием уравнения (7) для прототипа
и уравнения (8) для предлагаемого способа
Анализ приведенных формул свидетельствует о том, что предлагаемый способ реализует режим обработки, аналогичный автоканалированию и дает возможность значительно уменьшить диаметр и увеличить глубину получаемых отверстий. Вследствие этого предлагаемый способ обеспечивает коэффициент формы в 2-3 раза больший, чем прототип.
Конусность отверстий в первом приближении можно оценить, если предположить, что интенсивность излучения в зоне воздействия q(r)q 0 exp(-r 2 /r f 2 ), где r - текущий радиус, а q 0 =q max r f /r h . Здесь q max - максимальное значение интенсивности излучения, определяемое по его распределению в перетяжке излучения, r h - радиус поперечного сечения излучения, определяемый на базовой длине h b выражением (4), а на поверхности образца r h =r f . Тогда конусность отверстия составит
где r d - радиус отверстия на базовой длине h b , который определяется из условия, что граница отверстия образуется, когда q(r)=Q B . Используя граничное условие и формулу (4), получим
Откуда
Из выражения (15) следует, что улучшение параметра качества М 2 позволяет уменьшить значение r h , а повышение пространственной яркости дает возможность увеличить q max .
Таким образом, применение предлагаемого способа обуславливает снижение конусности получаемых отверстий в 3-5 раз по сравнению с прототипом.
На чертеже приведена оптическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Отраженное от концевого отражателя излучение вновь направляется в активные элементы, и затем на систему поворотных зеркал 4-7. С помощью поворотных зеркал создаются три пространственные петли так, что излучение пересекается в активных элементах 1, 2 и лазерном затворе 3. По мере развития генерации, при четырехволновом взаимодействии излучение записывает в средах активных элементов и затвора пространственные голографические решетки, которые образуют динамический резонатор лазера, самообращающий волновой фронт излучения. Помимо ОВФ пассивный затвор осуществляет модуляцию добротности динамического резонатора и создает излучение в виде цугов коротких импульсов.
Усиленное после многократного прохода по резонатору излучение направляется в зону воздействия и фокусируется с помощью объектива 18 на обрабатываемую заготовку 19. При необходимости излучение коллимируется с помощью коллиматора 17. Для исключения попадания излучения, отраженного от заготовки в процессе обработки, между лазером и объективом устанавливают невзаимный элемент 12-16. Если лазер отъюстирован таким образом, что генерирует s-поляризованное излучение, то невзаимный элемент настраивают так, чтобы он пропускал излучение только в направлении от лазера к заготовке и только с указанной поляризацией. Для этого зеркало 12 установлено под углом Брюстера, что обеспечивает отражение s- и пропускание p-поляризационных составляющих излучения, а зеркало 16 (на чертеже условно повернуто на угол 45 o ) - отражение p- и пропускание s-поляризационных составляющих излучения. Вращатель Фарадея 13 выполняет поворот вектора напряженности на угол 45 o , а сдвоенная призма Френеля - его доворачивание на такой же угол. На прямом проходе s-поляризованное излучение отражается от зеркала 12, становится p-поляризованным при последовательном проходе вращателя Фарадея, сдвоенной призмы Френеля и отражается без потерь от зеркала 16. Отраженное от заготовки излучение в общем случае может иметь любую поляризацию. На обратном проходе s-поляризационная составляющая излучения сразу пропускается зеркалом 16 и не попадает в резонатор лазера. Другая, p-поляризационная составляющая излучения, отражается зеркалом 16 и попадает на систему призм 14, 15. Призмы Фарадея поворачивают вектор напряженности на угол 45 o , однако, вращатель Фарадея возвращает его в исходное положение, поворачивая вектор напряженности на угол 45 o , но в противоположном направлении. В результате на зеркало 12 излучение попадает, имея p-поляризационное состояние, пропускается им и не попадает в резонатор лазера. Таким образом, влияние отраженного от заготовки излучения на развитие генерации исключается.
Если лазер генерирует p-поляризованное излучение, то невзаимный элемент перестраивают так, чтобы он также пропускал излучение только в направлении от лазера к заготовке и только с указанной поляризацией. Для этого зеркало 12 поворачивают вокруг оптической оси на угол 45 o так, чтобы оно обеспечивало отражение р- и пропускание s-поляризационных составляющих излучения, а зеркало 16 - отражение s- и пропускание p-поляризационных составляющих излучения. В этом случае на прямом проходе p-поляризованное излучение после отражения от зеркала 12 будет становиться s-поляризованным после последовательного прохода установленных по ходу луча вращателя Фарадея 13 и сдвоенной призмы Френеля 14, 15. Это излучение отражается без потерь от зеркала 16 в направлении заготовки. На обратном проходе p-поляризационная составляющая излучения сразу пропускается зеркалом 16, а s-поляризационная составляющая излучения пропускается зеркалом 12 после последовательного прохода сдвоенной призмы Френеля и вращателя Фарадея, что также как и в предыдущем случае исключает попадание отраженного от заготовки излучения в резонатор лазера.
В процессе обработки пассивный затвор, имеющий переменное начальное пропускание, плавно перемещается перпендикулярно оптической оси так, что в начале обработки в генерации участвует область с минимальной оптической плотностью, а в конце обработки - область с максимальной оптической плотностью. Это обеспечивает изменение энергетических и временных параметров импульсов таким образом, что по мере заглубления отверстия их энергия и мощность увеличиваются, а длительность уменьшается. Причем управление энергетическими параметрами импульсов осуществляют по закону q = Aq 0 t 2 , где коэффициент пропорциональности А выбирают больше 1. Указанный закон изменения параметров излучения обеспечивают путем перемещения каретки транслятора, на котором закрепляют пассивный затвор.
Пример. Проводили прошивку отверстий в заготовках из быстрорежущей стали Р18, жаростойкой стали 09Х18Н10Т5 и алюминиевого сплава АмГ6. Обработку осуществляли с помощью лазерной установки, созданной нами на базе лазера типа ЛТИ-130 с двумя активными элементами из HAГ:Nd, размером 6,3100 мм и пассивным затвором на основе кристалла LiF:F 2 - размером 8х15х50 мм с переменным начальным пропусканием от 20 до 80%. Перемещение каретки транслятора выполняли с помощью шагового двигателя, подключенного к ПК. Закон перемещения задавали по программе, обеспечивающей закон изменения интенсивности излучения q 2,2 q 0 t 2 . Результаты обработки приведены в таблице.
Из полученных результатов следует, что применение предлагаемого способа прошивки отверстий по сравнению с прототипом позволяет в 7-10 раз уменьшить диаметр и, соответственно, коэффициент формы, а также в 1,5-2 раза увеличить глубину получаемых отверстий. Причем по своей конусности отверстия близки к цилиндрическим.
Читайте также: