射頻CO2激光器在非金屬薄膜成型中的應(yīng)用要點(diǎn)

隨著薄膜技術(shù)的發(fā)展，各種非金屬薄膜在軍事工業(yè)產(chǎn)品，3C電子類產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，非金屬薄膜產(chǎn)品可以用于屏蔽密封、防水密封、導(dǎo)熱、絕緣、外觀裝飾、外觀防護(hù)等，這些薄膜厚度一般在0.1mm~2mm之間，應(yīng)用的場景形態(tài)各異，形狀千變?nèi)f化。由于傳統(tǒng)生產(chǎn)制造方法——刀具切割或者模具成型的局限性，激光切割在非金屬薄膜成型中得到了廣泛的應(yīng)用。

CO2激光輸出激光波長為10.6um，非金屬薄膜吸收率高于其他波長激光，所以薄膜加工成型優(yōu)選CO2激光。CO2激光加工薄膜的基本方式為激光光束經(jīng)擴(kuò)束，然后再聚焦焦點(diǎn)在薄膜產(chǎn)品處，焦點(diǎn)內(nèi)的材料被瞬間氣化，從而實(shí)現(xiàn)材料的切割，最終得到各種形狀的薄膜產(chǎn)品。常見CO2激光加工設(shè)備有兩種：振鏡掃描式加工設(shè)備和飛行光路掃描式加工設(shè)備。射頻激勵(lì)擴(kuò)散冷卻板條波導(dǎo)CO2激光器由于具有激光光束質(zhì)量好、峰值功率高、免維護(hù)、體積小等眾多優(yōu)點(diǎn)，成為薄膜切割成型中的首選推薦激光器。

使用射頻CO2激光切割成型設(shè)備生產(chǎn)薄膜產(chǎn)品，有以下優(yōu)勢：

電腦制圖，無需模具——節(jié)約成本，快速響應(yīng)市場需求，既可以小批量打樣，也可以大批量生產(chǎn)；所見即所得——對(duì)操作人員素質(zhì)要求低，節(jié)約人工成本；免維護(hù)，無耗材——節(jié)約時(shí)間，人工，成本。

PET手機(jī)膜

薄膜加工產(chǎn)品，要求邊緣整齊，無鋸齒，熱影響區(qū)域小，切邊斜度小，邊緣無殘?jiān)逊e。射頻CO2激光加工設(shè)備影響加工效果的因素有多個(gè)方面，下面就對(duì)于影響薄膜加工效果的因素進(jìn)行定性的分析：

波長

射頻CO2激光器有10.6um、9.3um、10.2um、9.6um四種波長，非金屬材料大多為有機(jī)塑料產(chǎn)品和高分子產(chǎn)品，有機(jī)物對(duì)光的吸收率大小，對(duì)光波長的變化非常敏感，波長的微小差異，吸收率差別會(huì)非常大。材料對(duì)激光吸收率的差異，對(duì)加工效果有一個(gè)根本的影響，所以波長的選擇排在影響加工效果的第一位，這四種波長商用射頻CO2激光器均可以可靠獲得。激光器均有2萬小時(shí)以上的免維護(hù)使用壽命，之后經(jīng)簡單充氣后，又可以繼續(xù)使用。合理維護(hù)的射頻CO2激光器，其壽命超過10萬小時(shí)。

激光功率

射頻CO2激光器，輸出功率從幾瓦到上千瓦不等，根據(jù)薄膜切割的厚度、切割的速度、材料的吸收，選擇合適的功率，選擇合適的激光器。一般情況下，切割時(shí)使用的CO2激光功率不大于激光器最大輸出功率的80%，易于得到最佳的性能和效果。

聚焦鏡焦距

聚焦鏡的焦距直接影響聚焦光斑的大小，所以選擇合適的聚焦鏡焦距至關(guān)重要。飛行光路式的切割設(shè)備，焦距一般在1英寸到2.5英寸之間選擇。同一焦距，有平凸透鏡和彎月透鏡可以選擇，一般情況彎月透鏡聚焦光斑比平凸透鏡要小。CO2激光振鏡式掃描加工設(shè)備，聚焦場鏡焦距一般選擇80~160mm；對(duì)于效果要求特別精細(xì)的振鏡式掃描加工設(shè)備，需要選擇遠(yuǎn)心掃描場鏡。

薄膜切割速度

切割速度決定了激光加工的時(shí)間和薄膜材料吸收的激光能量的大小，進(jìn)而影響切割熱影響區(qū)的大小。薄膜切割，飛行光路式的方式，切割速度通常大于100mm/s；振鏡式掃描激光加工方式，通常速度大于500mm/s。如果切割速度達(dá)到數(shù)千米每秒，要注意激光調(diào)制頻率和速度的配合，以得到平滑的邊緣。

焦點(diǎn)位置

薄膜雖然很薄，但也是有一定的厚度。焦點(diǎn)位置在材料上表面，材料中間，材料下表面，甚至上離焦和下離焦。不同焦點(diǎn)位置的選擇，可以影響加工效率和加工效果。

激光模式

激光模式描述激光光束垂直于傳輸方向上的橫截面內(nèi)激光能量的分布。激光模式分為橫模和縱模，絕大多數(shù)射頻CO2激光器為橫模，在應(yīng)用時(shí)簡單的把射頻CO2激光器模式分為基模和多模，為了得到精細(xì)的加工效果，往往選擇基模光斑。基模輸出的激光器，其光束質(zhì)量因子M2比較小，一般小于1.5。根據(jù)聚焦光斑計(jì)算公式：

其中spot為聚焦光斑的直徑 ，λ為激光波長，F(xiàn)為聚焦鏡的焦距，D為入射到聚焦鏡上的光斑大小。從計(jì)算公式可以看出，聚焦光斑大小和光束質(zhì)量因子M2成正比。所以選擇基模，選擇光束質(zhì)量因子小的激光器可以得到小的聚焦光斑，獲得更好的加工效果。

輔助氣體

輔助氣體可以吹走切口處產(chǎn)生的煙霧；防止廢渣和煙霧污染光學(xué)鏡；為激光熱能進(jìn)行導(dǎo)流，使得激光能量能夠更加集中地作用于材料上，增強(qiáng)了激光切割能力。根據(jù)切割需要，可以選擇助燃或者阻燃的不同氣體。

經(jīng)分析表明射頻CO2激光器切割薄膜設(shè)備，核心器件為激光器。正確的選擇激光器的波長，匹配材料的吸收率，是做到最佳切割效果的基礎(chǔ)，然后配合合理的整機(jī)器件選擇，合適的工藝參數(shù)，可以得到最佳的效果和效率。當(dāng)然還有其他影響薄膜激光切割的軟件參數(shù)，如Q頻率、釋放時(shí)間、加工引線等等。