Prilikom odabira stroja za lasersko rezanje keramike, mnogi inženjeri pretpostavljaju da veća apsorpcija lasera automatski znači lakšu obradu. U stvarnosti, učinak laserskog rezanja ovisi o ravnoteži između apsorpcije lasera, toplinske vodljivosti, toplinskog širenja i otpornosti na pukotine.
Iako silicijev nitrid (Si₃N₄) apsorbira lasersku energiju bolje od aluminijevog oksida (Al₂O₃), ostaje jedna od najtežih inženjerskih keramika za obradu zbog svoje ekstremne osjetljivosti na toplinski stres.
Ovaj članak uspoređuje QCW vlaknaste lasere, 355 nm UV nanosekundne lasere i pikosekundne lasere za industrijsku proizvodnju.
Svojstva materijala koja utječu na lasersko rezanje
| Vlasništvo | Aluminij (Al₂O₃) | Silicijev nitrid (Si₃N₄) | Utjecaj na lasersko rezanje |
| 1064 nm apsorpcije | 5–10% | 25–40% | Glinica često zahtijeva upijajući premaz; Si₃N₄ bolje upija, ali razvija puno veći toplinski stres. |
| 355 nm apsorpcije | 40–50% | 50–65% | UV obrada je učinkovita za oba materijala, s malo boljom apsorpcijom za Si₃N₄. |
| Toplinska ekspanzija | 7–8 ppm/ stupanj | 2,8–3,3 ppm/ stupanj | Manje širenje uzrokuje veće zaostalo naprezanje i rizik od pukotina. |
| Toplinska vodljivost | 22–32 W/m·K | 16–22 W/m·K | Si₃N4 sporije raspršuje toplinu, povećavajući akumulaciju topline. |
1. QCW 1064 nm vlaknasti laser
Glinica
Zreli proces proizvodnje
Širok prozor za obradu
Stabilno konturno rezanje
Visoka produktivnost
Glavno ograničenje je niska infracrvena apsorpcija, koja se obično rješava upijajućim premazom prije rezanja.
Težina: ★★☆☆☆
silicijev nitrid
Iako Si₃N₄ bolje apsorbira infracrveno svjetlo, mnogo je skloniji toplinskom pucanju.
Tipični problemi uključuju:
Kroz-mikropukotine debljine
Lomljenje rubova
Odgođeno pucanje
Smanjena brzina rezanja zbog plitkog{0}}skeniranja slojeva
Procesni prozor je znatno uži nego za glinicu.
Težina: ★★★★★
2. 355 nm UV nanosekundni laser
Glinica
UV lasersko rezanje već je zrelo industrijsko rješenje.
Tipične prednosti uključuju:
Mali ZUT
Stabilna obrada mikro{0}}rupa
Nisko lomljenje
Visok proizvodni prinos
Težina: ★★☆☆☆
silicijev nitrid
UV laseri uvelike smanjuju toplinska oštećenja, ali ne mogu u potpunosti eliminirati toplinski stres.
Industrijska proizvodnja obično zahtijeva:
Veća snaga lasera (20–30 W)
Više{0}}plitko rezanje u više prolaza
Pomoćni plin-dušik visoke čistoće
Optimizirane strategije hlađenja
U usporedbi s glinicom, vrijeme obrade obično je 50–100% dulje.
Težina: ★★★★☆
3. Pikosekundni laser
Glinica
Pikosekundni laseri omogućuju:
Skoro-nula ZUT
Nema preinačenog sloja
Izvrsna kvaliteta rubova
Stabilna precizna obrada
Težina: ★★☆☆☆
silicijev nitrid
Ultrakratki impulsi značajno smanjuju stvaranje pukotina, ali Si₃N4 još uvijek zahtijeva:
Niža energija pulsa
Više propusnica za skeniranje
Dulje vrijeme obrade
Učinkovitost proizvodnje općenito ostaje 30% niža od glinice.
Težina: ★★★☆☆
Usporedba težine
| Primjena | Lakši materijal |
| QCW konturno rezanje | Al₂O3 |
| UV precizno rezanje | Al₂O3 |
| Bušenje mikro{0}}rupa | Al₂O3 |
| Ultra{0}}tanke podloge | Al₂O3 |
| Pikosekundna precizna obrada | Al₂O₃ (malo) |
Zašto je silicijev nitrid teži?
Najveći izazov nije laserska apsorpcija.
Umjesto toga, silicijev nitrid kombinira nekoliko nepovoljnih karakteristika:
Niža toplinska vodljivost
Izuzetno nisko toplinsko širenje
Visoko zaostalo toplinsko naprezanje
Veća osjetljivost na pukotine
Uži procesni prozor
Kao rezultat toga, čak i s UV ili pikosekundnim laserima, proizvođači obično trebaju:
Više prolaza za rezanje
Niža energija po prolazu
Jače hlađenje
Dulje vrijeme obrade
Ovi čimbenici čine Si₃N4 znatno težim za obradu od glinice u masovnoj proizvodnji.
Preporučena laserska rješenja
| Primjena | Preporučeno rješenje |
| Tro-efikasno rezanje kontura | 150 W QCW vlaknasti laser + aluminij |
| Precizna mikro{0}}obrada | 355 nm UV nanosekundni laser |
| Tanke Si₃N₄ podloge | 20–30 W UV laser + više{3}}prolazno rezanje + pomoć dušikom |
| Si₃N₄ komponente najveće pouzdanosti | Pikosekundni laser od 355 nm + napredno hlađenje |
Zaključak
Dok silicijev nitrid apsorbira lasersku energiju učinkovitije od aluminijevog oksida, njegovo slabo odvođenje topline i iznimno visoka osjetljivost na toplinski stres čine ga jednom od najzahtjevnijih keramika za lasersku obradu.
Za-industrijsku proizvodnju visokog prinosa, 355 nm UV laseri ostaju preferirano rješenje za preciznu obradu Si₃N₄, dok su QCW laseri s vlaknima prikladniji za visoko{2}}učinkovitu obradu glinice.
Trebate lasersko rješenje za naprednu keramiku?
YCLASERspecijalizirana za precizno lasersko rezanje Al₂O₃, Si3N₄, AlN, ZrO₂, SiC, DBC i DPC keramičkih podloga. Nudimo besplatno testiranje uzoraka, optimizaciju procesa i prilagođena laserska rješenja za izradu prototipa i masovnu proizvodnju.Kontaktirajte nas kako bismo razgovarali o vašoj prijavi.
