Приликом избора машине за ласерско сечење керамике, многи инжењери претпостављају да већа апсорпција ласера аутоматски значи лакшу машинску обраду. У стварности, учинак ласерског сечења зависи од равнотеже између ласерске апсорпције, топлотне проводљивости, топлотног ширења и отпорности на пукотине.
Иако силицијум нитрид (Си₃Н₄) апсорбује ласерску енергију боље од глинице (Ал₂О₃), он остаје једна од најтежих инжењерских керамика за обраду због своје екстремне осетљивости на топлотни стрес.
Овај чланак упоређује КЦВ ласере са влакнима, 355 нм УВ наносекундне ласере и пикосекундне ласере за индустријску производњу.
Својства материјала која утичу на ласерско сечење
| Имовина | Алуминијум (Ал₂О₃) | Силицијум нитрид (Си₃Н₄) | Утицај на ласерско сечење |
| 1064 нм апсорпција | 5–10% | 25–40% | Алуминијум често захтева апсорпциони премаз; Си₃Н₄ боље апсорбује, али развија много већи термички стрес. |
| 355 нм апсорпције | 40–50% | 50–65% | УВ обрада је ефикасна за оба материјала, са нешто бољом апсорпцијом за Си₃Н₄. |
| Топлотно ширење | 7–8 ппм/ степен | 2,8–3,3 ппм/ степен | Мање ширење узрокује веће заостало напрезање и ризик од пуцања. |
| Топлотна проводљивост | 22–32 W/m·K | 16–22 W/m·K | Си₃Н₄ спорије расипа топлоту, повећавајући акумулацију топлоте. |
1. КЦВ 1064 нм фибер ласер
Алумина
Зрели производни процес
Широки прозор за обраду
Стабилно контурно сечење
Висока продуктивност
Главно ограничење је ниска инфрацрвена апсорпција, која се обично решава апсорптивним премазом пре сечења.
Тешкоћа: ★★☆☆☆
Силицијум Нитриде
Иако Си₃Н₄ боље апсорбује инфрацрвену светлост, много је склонији термичком пуцању.
Типични проблеми укључују:
Кроз{0}}дебљине микропукотине
Ивице цхиппинг
Одложено пуцање
Смањена брзина сечења због плитког-скенирања слојева
Процесни прозор је знатно ужи него код глинице.
Тешкоћа: ★★★★★
2. 355 нм УВ наносекундни ласер
Алумина
УВ ласерско сечење је већ зрело индустријско решење.
Типичне предности укључују:
Смалл ХАЗ
Стабилна обрада микро{0}}рупа
Лов цхиппинг
Висок производни принос
Тешкоћа: ★★☆☆☆
Силицијум Нитриде
УВ ласери у великој мери смањују топлотно оштећење, али не могу у потпуности да елиминишу топлотни стрес.
Индустријска производња обично захтева:
Већа снага ласера (20–30 В)
Више{0}}пролазно плитко сечење
Помоћни гас{0}}азот високе чистоће
Оптимизоване стратегије хлађења
У поређењу са глиницом, време обраде је обично 50–100% дуже.
Тешкоћа: ★★★★☆
3. Пикосекундни ласер
Алумина
Пикосекундни ласери пружају:
Близу -нулте ХАЗ
Нема рецаст слоја
Одличан квалитет ивица
Стабилна прецизна обрада
Тешкоћа: ★★☆☆☆
Силицијум Нитриде
Ултракратки импулси значајно смањују стварање пукотина, али Си₃Н₄ и даље захтева:
Нижа енергија импулса
Више пролаза за скенирање
Дуже време обраде
Ефикасност производње генерално остаје 30% нижа од глинице.
Тешкоћа: ★★★☆☆
Поређење потешкоћа
| Апликација | Лакши материјал |
| КЦВ контурно сечење | Ал₂О₃ |
| УВ прецизно сечење | Ал₂О₃ |
| Микро{0}бушење рупа | Ал₂О₃ |
| Ултра{0}}танке подлоге | Ал₂О₃ |
| Пикосекундна прецизна обрада | Ал₂О₃ (мало) |
Зашто је силицијум нитрид тежи?
Највећи изазов није апсорпција ласера.
Уместо тога, силицијум нитрид комбинује неколико неповољних карактеристика:
Нижа топлотна проводљивост
Изузетно ниско топлотно ширење
Висок резидуални термички напон
Већа осетљивост на пукотине
Ужи прозор процеса
Као резултат тога, чак и са УВ или пикосекундним ласерима, произвођачи обично требају:
Више пролаза за сечење
Мања енергија по пролазу
Јаче хлађење
Дуже време обраде
Ови фактори чине Си₃Н₄ знатно тежим за обраду од глинице у масовној производњи.
Препоручена ласерска решења
| Апликација | Препоручено решење |
| Исплативо{0}}еконструкција сечења | 150 В КЦВ Фибер Ласер + Алумина |
| Прецизна микро{0}}обрада | 355 нм УВ наносекундни ласер |
| Танке Си₃Н₄ подлоге | 20–30 В УВ ласер + више-пролазно сечење + помоћ азота |
| Највећа поузданост Си₃Н₄ компоненте | 355 нм пикосекундни ласер + напредно хлађење |
Закључак
Док силицијум нитрид апсорбује ласерску енергију ефикасније од глинице, његово слабо расипање топлоте и изузетно висока осетљивост на термички стрес чине га једном од најизазовнијих керамика за ласерску обраду.
За индустријску производњу високог{0}}приноса, УВ ласери од 355 нм остају пожељно решење за прецизну машинску обраду Си₃Н₄, док су КЦВ ласери са влакнима погоднији за високо{2}}ефикасну обраду глинице.
Треба вам ласерско решење за напредну керамику?
ИЦЛАСЕРспецијализована је за прецизно ласерско сечење Ал₂О₃, Си₃Н₄, АлН, ЗрО₂, СиЦ, ДБЦ и ДПЦ керамичких подлога. Пружамо бесплатно тестирање узорака, оптимизацију процеса и прилагођена ласерска решења за израду прототипа и масовну производњу.Контактирајте нас да разговарамо о вашој пријави.
