Лазерная резка керамики – актуальная сфера применения современных технологий обработки материалов, осуществляемая с применением ЧПУ-оборудования. Причем возможности применения лазерных технологий в отношении этого издревле известного человечеству материалу гораздо шире, чем может показаться на первый взгляд. Эта статья позволит вам шире взглянуть на перспективы резания керамики с помощью лазера и получить объективное представление об этой сфере.
Почему лазер?
Несмотря на многочисленные способы работы с раскроем и приданием формы этой группе материалов, свойства которой варьируются в некотором спектре значений, именно лазерная резка керамики и лазерная гравировка на керамике остается наиболее перспективной. Ее объемы постоянно растут, вытесняя гидроабразивную резку, фрезерование и иные способы механического воздействия. И тому есть масса причин.
В числе таковых:
- Отсутствие механического воздействия на материал. Тонкая керамика – материал весьма хрупкий, поэтому чрезмерное механическое усилие может привести к полному разрушению либо возникновению внутренних трещин в структуре изделия. Воздействие пучком фотонов же носит локальный характер и не вызывает непредусмотренных внутренних напряжений в глубине керамической структуры. Тем самым риски повреждения и частота брака сводятся к минимуму;
- Минимальная ширина линии реза (0,1-0,15 мм для моделей среднего ценового сегмента), недостижимая для других технологий. Это существенно расширяет возможности применения лазерных ЧПУ-граверов при работе с керамическими материалами – например, возможность выполнения сложных и глубоких пазов;
- Высокая экологичность процесса гравирования и раскроя лазерным лучом;
- Возможность повторения производственного цикла любое количество раз без снижения качества обработки (абсолютная воспроизводимость);
- Хорошая производительность даже при сложной форме реза, которая не требует регулярной смены инструмента.
Области применения лазерной резки керамики
Прежде всего, стоит отметить, что необходимость резания керамических заготовок при помощи пучка фотонов возникает в самых различных областях. К таковым относятся не только строительство и дизайн интерьеров, где такая обработка носит декоративную функцию. Керамические элементы используются также в искусстве, изготовлении промышленной продукции (например, насосной) и даже в электронике. Последняя сфера требует особо высокой точности, поэтому в ней предъявляются особо строгие требования к подходам и методам производства продукции на ЧПУ-станках.
Второй важный момент – возможность работать с керамическим изделием как в готовом (спеченном) виде, так и до его обжига («сыром») виде. Необходимость в таких методах зависит от состава сырья, планируемого применения конкретного продукта и технических возможностей аппарата. В этом плане сырье нередко разделяют на LTCC и HTCC (низкотемпературное и высокотемпературное соответственно). Также исходя из задач подбирается метод обработки лазером, который позволит получить нужный результат.
Методы резки керамики лазером
Остановимся детальнее на различных методах обработки этой группы материалов. Ключевых из них три:
- Испарительная (сублимационная) технология;
- Скрайбирование;
- Технология управляемого лазерного термораскалывания (УЛТ).
Испарительная технология (сублимационная или же абляция) применяется в случаях, когда воздействие на заготовку должно быть минимальным. Такой метод как раз применяется для создания микросхем. Сфокусированный пучок фотонов действует очень краткое время (миллисекунды), испаряя поверхностный слой вещества, который удаляется из рабочей зоны. Скорость обработки и используемые длины волны при абляции невысоки. Но при этом для создания должной плотности воздействия требуются высокомощные лазерные аппараты, способные работать в импульсном режиме.
Скрайбирование – технология, используемая прежде всего в микроэлектронике для разделения целого на отдельные фрагменты. Суть заключается в создании по необходимой траектории сплошного ряда близко расположенных несквозных отверстий глубиною до 100 мк. Это производится высокотемпературным лучом в импульсном режиме. Результатом такого воздействия являются множественные концентраторы напряжений, позволяющие легко разделить пластину.
Технология управляемого лазерного термораскалывания зарекомендовала свою высокую эффективность при работе с неметаллическими заготовками и полупроводниками. Суть методики заключается в следующем: лазерный луч нагревает верхние слои структуры, формируя в ней напряжения сжатия. Далее при воздействии хладагентом за счет разницы температур возникают микротрещины и происходит образование контролируемой линии реза, совпадающей с траекторией движения излучающей головки над заготовкой. УЛТ применимо для керамических заготовок приличной толщины (до 30 мм) и может производиться лазерным аппаратом невысокой мощности. Процесс характеризуется высокой скоростью (до 1000–2000 мм/сек), высоким качеством кромки с закругленными краями и экономичностью.
Задачи по гравировке либо резанию керамических заготовок могут решаться как лазерными ЧПУ-станками СО2, так и оптоволоконными аппаратами. Но у каждого из этого типа оборудования имеются свои достоинства и ограничения. Поэтому при подборе такой техники необходимо тщательно сверять их возможности с желаемым результатом применения.
Если вы ищете оборудование, которое помимо прочих функций способно эффективно производить гравировку и раскрой керамических заготовок, обратите внимание на универсальное лазерное оборудование от «Миртелс». Детальнее ознакомиться с его возможностями и параметрами работы можно в соответствующем разделе каталога нашего оборудования.
Раскрой керамических заготовок лазером, осуществляемый аппаратами «Миртелс» - эффективное решение широкого спектра производственных задач!
