新型激光制導矽鏡是由德國Fraunhofer矽技術研究所和材料技術的工程師共同開發的,用來應對高功率激光焊接與切割。微機電系統( MEMS )轉向鏡,是蝕刻的矽片,能夠應對千瓦級的能量,而不是傳統的毫瓦級的系統。

大功率操作可能性是由於一個新的保護塗層在合作開發的項目,以及一種新型的真空鏡片工具。

小巧的MEMS鏡的主要優勢是,可以以極高的速度來迴旋轉,達到0.1MHz的頻率。與傳統激光系統相比(工作頻率為1KHz),工件上的激光能量分佈更有效。

加工一個特定材料,如果MEMS鏡轉動緩慢,焊接時光束能量不能有效的分佈。“相比之下,快速振蕩的激光束使分配熱量和調整各自處理的任務更加有效,”Andreas Wetzig說,Fraunhofer實驗室激光燒蝕和切割專家。

實驗表明,MEMS鏡擁有各種各樣的可能性,例如在切割、焊接、表面硬化。“我們可以將鋁和銅焊接在一起,例如,金屬的熱量輸入精確控制使加熱融化的更多。”Wetzig說。MEMS鏡也更容易焊接鋁合金。目前,鋁合金焊縫通常多氣孔,因為合金中某些物質在焊接過程排除氣體,形成氣泡。而微鏡系統可以控制熱量輸入,這樣融化保持液體,直到物質完全排出。

雖然當前固體激光器可以切割金屬,但是切割邊緣的品質達不到CO2激光器切割水平。使用MEMS鏡針對性控制能量輸入,減少邊緣粗糙度,避免切割邊緣毛刺形成。

全新的MEMS鏡在高功率激光下工作,不僅是因為特殊的反光塗料,而且是不尋常的尺寸。一般來說,微機電鏡直徑只有1到2毫米;全新微機電鏡直徑為20毫米,甚至能夠處理較大的激光光束,顯著提高輸出。

開發人員的挑戰在於實現更高的頻率。“為了解決這個問題,我們在真空環境下操作鏡片以減少振盪鏡片的衰減,“MEMS鏡專家Ulrich Hofmann說。

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