飛秒激光技術(shù)在超精密加工領(lǐng)域的應(yīng)用,如微機(jī)械加工、微電子制造等,其重點(diǎn)在于利用飛秒激光的高能量密度和精確控制能力,實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的精細(xì)加工。超精密加工技術(shù)是指加工精度達(dá)到亞微米甚至納米級(jí)別的制造技術(shù),主要包括超精密車(chē)削、磨削、銑削和電化學(xué)加工等方法。這些技術(shù)廣泛應(yīng)用于光學(xué)元件、航空航天、精密模具、半導(dǎo)體和醫(yī)療器械等領(lǐng)域,能夠滿(mǎn)足高精度、高表面質(zhì)量的產(chǎn)品需求。超精密鉆孔技術(shù)是一種高精度加工方法,能夠?qū)崿F(xiàn)微米級(jí)甚至亞微米級(jí)的加工精度。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于電子、光學(xué)、精密儀器等領(lǐng)域,主要用于加工微型孔、異形孔等復(fù)雜結(jié)構(gòu)。其加工設(shè)備通常包括數(shù)控機(jī)床、激光鉆孔系統(tǒng)等,并采用特種刀具和特殊控制系統(tǒng)以確保加工質(zhì)量。由于精度高的緣故,超精密加工常應(yīng)用在光學(xué)元件。也會(huì)應(yīng)用在機(jī)械工業(yè)。韓國(guó)技術(shù)超精密鏡頭夾持器
超精密加工技術(shù)具有多個(gè)特點(diǎn),這些特點(diǎn)使得它在高精度、高質(zhì)量要求的制造領(lǐng)域中占據(jù)重要地位。以下是超精密加工的主要特點(diǎn):1.高精度:超精密加工技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)極高的加工精度,通??梢赃_(dá)到微米級(jí)甚至納米級(jí)。這種高精度加工能力滿(mǎn)足了航空、航天、精密儀器等領(lǐng)域?qū)Ω呔攘慵男枨?。通過(guò)采用先進(jìn)的加工設(shè)備和工藝方法,超精密加工能夠精確控制零件的尺寸精度和形位精度。2.高表面質(zhì)量:超精密加工技術(shù)不僅關(guān)注零件的尺寸精度,還重視零件的表面質(zhì)量。通過(guò)優(yōu)化加工參數(shù)和工藝方法,超精密加工能夠獲得具有極低表面粗糙度和高度一致性的零件表面。這種高表面質(zhì)量的零件在光學(xué)、電子、醫(yī)療器械等領(lǐng)域具有應(yīng)用。3.“進(jìn)化”加工:在超精密加工過(guò)程中,有時(shí)可以利用低于工件精度的設(shè)備、工具,通過(guò)工藝手段和特殊的工藝裝備,加工出精度高于“母機(jī)”的工作母機(jī)或工件。這種“進(jìn)化”加工能力體現(xiàn)了超精密加工技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。4.高靈活性:超精密加工技術(shù)具有***的適用性,可以與多種材料和多種加工工藝相結(jié)合。這種靈活性使得超精密加工能夠適應(yīng)不同形狀、尺寸和材料的零件加工需求,滿(mǎn)足不同行業(yè)和不同應(yīng)用的要求。超精密晶圓卡盤(pán)激光超精密加工的切割面光滑:激光切割的切割面無(wú)毛刺。
(2)超精密異形零件加工。例如航空高速多辨防滑軸承的內(nèi)滾道/激光陀螺微晶玻璃腔體,都是用超精密數(shù)控磨削加工而成的。陀螺儀框架與平臺(tái)是形狀復(fù)雜的高精度零件,是用超精密數(shù)控銑床加工的。(3)超精密光學(xué)零件加工。例如激光陀螺的反射鏡的平面度達(dá)0.05μm,表面粉糙度Rα達(dá)0.001μm、它是由超精密拋研加工、再進(jìn)行鍍膜而成,要求反射率達(dá)99.99%。—些高精度瞄準(zhǔn)系統(tǒng)要求小型化,所以用少量非球面鏡來(lái)代替復(fù)雜的光學(xué)系統(tǒng)。這些非球鏡是用超精密車(chē)、磨、研、拋加工而成的。近期,二元光學(xué)器件的理論研究進(jìn)展很大,二元光學(xué)器件的制造設(shè)備是專(zhuān)門(mén)的超精密加工設(shè)備。在民用方面,隱形眼鏡就是用超精密數(shù)控車(chē)床加工而成的。計(jì)算機(jī)的硬盤(pán)、光盤(pán)、復(fù)印機(jī)等高技術(shù)產(chǎn)品的很多精密零件都是用超精密加工手段制成的。
精密加工小知識(shí):IT是加工精度的衡量單位,主要為衡量生產(chǎn)產(chǎn)品的精度、品質(zhì)、加工誤差。IT后面的數(shù)值愈大,表示精度越低、誤差越大,如IT9就比IT5來(lái)的粗糙;公差等級(jí)從IT01,IT0,IT1,IT2,IT3至IT18一共有20個(gè)。精密加工技術(shù)特色介紹隨著時(shí)代變化,工業(yè)能力的不斷進(jìn)步,有可能現(xiàn)在的精密加工也會(huì)變成明天的粗加工。常見(jiàn)工藝過(guò)程有:車(chē)削、銑削、鉆孔、插齒、珩磨、磨削等;若有特殊需求,在車(chē)床加工完后還會(huì)多一道熱處理的方式,包括:滲碳,淬火,回火等,提升硬度、機(jī)械規(guī)格。目前精密加工技術(shù)能應(yīng)用在「所有的」金屬材料、塑料、木材、石磨與玻璃上,但由于不同材質(zhì)的表面都有所差異,所以切割與研磨等數(shù)值都需在CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))或CAM(計(jì)算機(jī)輔助制造)程序上架構(gòu)好,并嚴(yán)格遵守才能確保產(chǎn)品品質(zhì)、降低誤差。由于材料范圍廣且精度高,精度加工技術(shù)普遍會(huì)應(yīng)用在航太業(yè)、醫(yī)療器材、太陽(yáng)能板零件等。此外,當(dāng)精密加工已無(wú)法達(dá)到更好的形狀精度(formaccuracy)、表面粗糙度(surfaceroughness)與尺寸精度時(shí),就會(huì)需要使用到超精密加工的技術(shù)。超精密加工精細(xì)的品質(zhì),能大幅提升許多高科技工業(yè)的設(shè)計(jì)與技術(shù),進(jìn)而提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。
現(xiàn)有物理打磨技術(shù),接觸式加工,磨損基石,需要切削油,加工后需要清洗,異形件打磨和局部打磨有難度。納秒激光打磨有以下問(wèn)題:產(chǎn)生細(xì)微裂紋,熔化-再凝固產(chǎn)生熱變形,表面物性發(fā)生變化,周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生多個(gè)顆粒。飛秒激光打磨:改善現(xiàn)有打磨技術(shù)的問(wèn)題-熱影響極小,可以局部打磨,異形件打磨,不需要化學(xué)藥劑-細(xì)微裂紋極少化表面物理特性變化少,在不改變物性值的情況下,提高表面粗糙度。高功率激光打磨:測(cè)量高度→獲取高度數(shù)據(jù)→轉(zhuǎn)換成面數(shù)據(jù)→去除表面凸起中等功率,利用中等功率激光可以刻畫(huà)低功率時(shí)具有,清洗效果;拋光效果(也有去除微孔邊緣毛刺的效果)拋光后,[AOI(自動(dòng)光學(xué)檢查)]對(duì)孔不良進(jìn)行檢測(cè)(手動(dòng)或自動(dòng))(光學(xué)相機(jī)掃描儀)材料的邊緣測(cè)量和修正材料位置誤差。非常適合異形件打磨、拋光。局部打磨拋光。從加工周期來(lái)看,激光超精密加工操作簡(jiǎn)單,切縫寬度方便調(diào)控,可立即進(jìn)行高速雕刻和切割、加工速度快。日本技術(shù)超精密真空卡盤(pán)
激光超精密加工的對(duì)象范圍很寬,包括幾乎所有的金屬材料和非金屬材料,適于材料的打孔、焊接、表面改性等。韓國(guó)技術(shù)超精密鏡頭夾持器
超精密加工技術(shù)市場(chǎng)是國(guó)家高技術(shù)集中的市場(chǎng),它既是高代價(jià)、高投入的工藝技術(shù),又是高增值、高回報(bào)的工藝技術(shù),世界工業(yè)先進(jìn)國(guó)家都把它放在國(guó)家技術(shù)和經(jīng)濟(jì)振興的重要位置。試舉幾例。(1)超精密零件加工。例如慣性導(dǎo)航儀器系統(tǒng)中的氣浮陀螺的浮子及支架、氣浮陀螺馬達(dá)軸承等零件的尺寸精度、圓度和圓柱度都要求達(dá)到亞微米級(jí)精度;人造衛(wèi)星儀器軸承是真空無(wú)潤(rùn)滑軸承,其孔和軸的表面粗糙度Rα達(dá)到1nm,圓度和圓柱度均為納米級(jí)精度,這些零件都是用超精密金剛石刀具鏡面車(chē)削加工的。精密液壓控制系統(tǒng)中的精密伺服閥的閥芯與閥套的配合精度也常在亞微米等級(jí),它是用超精密磨削方法加工的。韓國(guó)技術(shù)超精密鏡頭夾持器