多通激光加工方法制作精密零件

在英国,合同制造商 ES Precision 成功开创“侵蚀切割”用法,使用高达数千次快通切割薄金属零件上的细小部位。

ES Precision – 精密加工和打标

总部位于英国 Kingston Bagpuize 的 ES Precision 是一家合同制造商,他们使用激光加工技术对材料进行打标、切割和钻孔,服务领域涵盖医疗器械、赛车(一级方程式)、电子设备及通用工程。 该公司由激光行业资深人士 Tim Millard 和 Andy May 于 2017 年创立,他们发现专注精密产品、主攻创新激光加工和打标的加工车间将大有可为。 他们拥有众多涵盖不同激光技术的激光器,包括用于金属精密加工、钻孔和打标的光纤激光器,以及用于塑料打标的紫外激光器,甚至用于经济切割和雕刻有机物的二氧化碳激光器。 他们所有激光技术几乎都来自相干公司。

侵蚀切割是什么

从公司名字就可以看出来,这家公司非常重视精确的结果。 为此,他们在英国开创了“侵蚀切割”用法,作为一种来制造具有精致细节和高边缘质量薄金属零件的经济又高效的方法。 总监 May 表示,“使用连续波光纤激光器或二氧化碳激光器,或者毫秒级激光脉冲进行的传统金属切割非常高效,这是因为气体喷嘴会吹走大部分激光能量熔化的金属。 但是,这类切割方法不适用于薄零件,因为周围产生的热量过多,而且有太多仅数克重的微结构无法承受并且会被高压气体损坏或吹走。 侵蚀切割可以避免这些问题。”

 

Erosion Cutting of Brass Gears
Erosion Cutting of Thin Carbon Steel Plate

图 1. 侵蚀切割使 ES Precision 能够加工任何薄金属,包括这些小黄铜齿轮以及这种由碳钢制成的定制板。 ES Precision 供图。

 

侵蚀切割利用的是通常用于打标的快速振镜扫描技术。 实际上,ES Precision 最初使用的是相干公司的 PowerLine F20,配备 20 W 光纤激光器,这是一套较常用于打标/内雕任务的系统。 May 解释说,“侵蚀切割不是只用一通聚焦激光进行切割,而是至少包括数十,有时甚至数千通重复激光,每次烧蚀几微米的材料。 但得益于高速振镜,甚至可以在几分钟内完成数千通操作。”May 补充说,有效的停留时间和适中的激光功率 (20 W) 意味着,每次扫描时去除的材料不超过 5 微米,而通常远少于此。 确切的数量取决于扫描速度、激光设置、具体材料特性,以及切割深度。 他指出,“就像预期的那样,随着切割深度的增加,每次切割时去除的材料数量会越来越少。 最大切割深度最终受限于到达切口底部的激光功率。”May 说,借助他们的 20 W 光纤激光器,他们这种方法的极限是厚度小于 0.5 mm 的金属零件和小于 5 mm 的有机物。

Coherent PowerLine F Flexible Laser Sub-Systems

图 2: Coherent PowerLine F 系列提供灵活的激光子系统,可配备 19 W 至 95 W 功率的光纤激光器。

几乎适用于任何薄金属的经济高效的切割方法

May 补充说,这种工艺几乎适用于任何金属以及其他更坚韧的材料,如陶瓷。 他们的许多产品是用不锈钢或电工钢切割而成的。 例如,微型电机的部件采用电工钢。 该公司还使用侵蚀切割方法来加工高价值金属,如含铂部件: 用于生物技术应用以及用于燃料电池的催化剂组分。 钼是 ES Precision 经常需要的另一种金属,例如,用作医学成像中的 X 射线靶。

当然,使用具有皮秒甚至飞秒输出的超短脉冲 (USP) 激光器也可以实现卓越的边缘质量和极小的热损伤。 May 解释说,ES Precision 之所以选择光纤激光切割而不是 USP 切割,是因为它的成本要低得多,而且在每瓦激光功率去除的材料方面具有更高的速度和效率。 由于公司现在希望切割更厚的金属部件,因此更高的侵蚀切割速度尤为重要。

 

Erosion Cutting for Non-metals

图 3. 侵蚀切割也适用于非金属,如这些碳纤维复合片。 ES Precision 供图。

他们的加工能力扩展到更厚的金属

ES Precision 正在向更厚的金属零件领域进行多元化发展,以此寻求扩展他们的业务范围。 因此,他们订购了一台配备 100 W 光纤激光器的 PowerLine F100。 这将使该公司能够对厚达 2 mm 的金属进行侵蚀切割。 它也可以用于一些较薄的产品,这种情况下将会实现更快的生产速度,而这在原型和短期业务中是非常有优势的。 

为什么他们又选择了一台相干公司机器? May 表示,“为了支持我们的商业模式,我们需要激光器供应商提供三样重要的东西。 毫无疑问,首要的是,我们需要精度;我们的声誉和定价都建立在此基础之上。 其次,我们需要可靠性。 作为一家规模较小的合同公司,我们只能承担一定数量重复的和备用的机器带宽。 我们不能承受因激光机器不可靠而错过交货期限。 最后,出于同样的原因,我们需要可信赖的服务和支持。 在这三个方面,相干公司已经证明自己是优秀的合作伙伴。”

 

Erosion Cutting of Thicker Metals

图 4. 更高的激光功率将实现对较厚金属的侵蚀切割,而且能够为批量产品(如这些弹簧钢部件)带来更快的生产速度。 ES Precision 供图。

成功的路线图

短短数年,ES Precision 便在合同激光加工和打标领域成功开展业务和树立了良好声誉。 通过瞄准特定的高精度利基市场,并且使用侵蚀切割等创新技术,ES Precision 已经从一众更倾向于一般用途的加工车间中脱颖而出。 我们很高兴地注意到,他们认为与相干公司的合作是他们持续取得成功的一个特别重要的因素。 

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“我们需要激光器供应商提供三样重要的东西: 精度、可靠性、可信赖的服务和支持。 在这三个方面,相干公司已经证明自己是优秀的合作伙伴。”

— 总监 Andy May。

 

 

 

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