激光在材料上打孔的原理很簡單(激光打孔),做法也不復雜。
激光的相幹性好,用光學系統可以聚焦成壹個微小的光斑(小於1微米),相當於壹個“微鉆”用來鉆孔。其次,激光的亮度很高,聚焦焦點處的激光能量密度(每平方厘米的平均能量)會很高。普通激光器輸出的激光可以產生高達109焦耳/平方厘米的能量,足以熔化和汽化材料,在材料上留下壹個小孔,就像用鉆頭鉆出來的壹樣。
對於如何利用好激光“鉆頭”,激光科學家也做了大量的研究工作。他們發現,使用每秒許多光脈沖(通常稱為高重復率激光脈沖)作為“鉆頭”,打出的孔的質量優於每秒單個光脈沖或幾個光脈沖打出的孔。原因大概是這樣的:每秒壹個光脈沖或幾個脈沖的鉆孔時,每個光脈沖的激光能量要求比較高,這樣才能在鉆孔前將材料加熱到熔化。但是,熔化的材料不能完全汽化,而其附近的材料被加熱汽化。因此,沖孔的形狀和大小不太規則。如果使用由高重復率激光器輸出的光脈沖,每個光脈沖的平均能量不是很高,但是因為光脈沖的寬度窄,所以功率水平不低。所以每次激光脈沖在材料上形成的熔化並不多,主要是汽化。因為加熱小孔附近的材料時幾乎沒有熔化,所以用單脈沖鉆孔時不會發生。沖孔的形狀和大小更加規則。
為了制作高質量的沖孔,需要註意激光焦點位置的選擇。選擇焦點位置的原則大致如下:對於厚材料,激光束的焦點位置應位於工件內部,對於薄材料,激光束的焦點位置應位於工件表面上方。這樣的排列會使打孔的大小上下基本壹致,不會出現“桶狀”的孔。
用激光在材料上鉆孔時,不僅鉆孔的質量非常好,尤其是大量鉆相同的孔時,可以保證多個孔的大小和形狀壹致,而且鉆孔速度快,生產效率高。所以除了電子工業生產中的激光打孔,其他很多工業生產部門都在用,比如普通香煙的過濾嘴上的小孔,噴霧器的閥門上的小孔,也都在用激光加工。噴霧器罐體和瓶頸都有壹個控制壓縮物質(如除臭劑、油或其他液體)流動的孔,閥門的性能由噴霧器上的這個小孔決定。這個小孔的直徑是10微米到40微米,用其他的機械加工方法不那麽容易做到。用激光加工可以保證質量和速度。