究竟是有前途还是有“钱途”，激光微加工的重新定义

激光微加工没有明确的定义，但一般是指使用短脉冲和超短脉冲（USP）激光来区分微米和亚微米尺度的所有材料加工。这些过程会影响表面特性（如表面性能）或散装材料（如微穿孔、微循环，甚至微焊接）。基于欧洲光电产业联盟的经验，人们对整个供应链中激光微加工的新发展和应用产生了极大的兴趣。

硬币行业为激光制造和集成专家带来了许多应用和技术挑战。加拿大皇家造币厂是加拿大和国外钱币行业的知名领导者，也是钱币和奖牌收藏家。他们多年来一直使用激光技术，包括四个主要产品组。首先是在不影响9999甚至99999金的纯度的情况下，对收集到的金币进行特殊的视觉效果。通过避免使用合金，激光表面纹理直接将纳米级特性应用于金表面。影响硬币的光学性能，导致纯黑色（完全吸收）、灰色或其他颜色效果。例如，同样的方法可以应用于硬币。 B. 将 2D / 3D 全息效果直接转移到金币或银币上。

光学特性是通过使用激光微加工在硬币或邮票表面产生微米或纳米结构来实现的。第四个应用程序支持防伪和防伪，以确保一致性和安全性，并基于上述所有技术结合专有的数字加密技术创建特殊的独特硬币安全性功能。加拿大皇家造币厂认识到激光技术的潜力，并依靠激光微加工社区的支持来应对一些挑战。

加拿大皇家铸币厂的另一个要求是拥有表面特性经过特别改进的硬币。对于上述全息效果以外的通道，动态和动画附加效果（包括灰度和颜色）的巨大好处。打击盗版也是一个应用领域，加拿大皇家造币厂相信激光微加工专家可以帮助改进现有措施并提高先进的安全能力。

硬币行业可以依靠激光表面纹理来实现高级硬币特性，例如超疏水或抗菌特性，这些特性在各个行业中变得越来越重要。

对于加拿大皇家铸币厂来说，激光工艺和通用视觉系统已被证明比使用 B. 喷砂等传统方法的制造工艺更有效，以实现可能需要初步手动涂层的哑光饰面。因此，硬币行业的需求是进一步提高表面质量和更有趣和新的表面特性。

由于其高导电性和导热性，铜是我们这个时代最重要的金属之一。铜用于许多不同的行业、应用和板尺寸。由于应用的数量，铜连接解决方​​案的需求量很大。焊接是一种在接头中实现高导电性和导热性的解决方案，但同时高导热性会使焊接过程复杂化。

激光焊接在大批量生产中非常好，达到相对较高的强度，其次是铜的高导热性。另一方面，铜对典型激光能量源的波长（波长 900 至 1080 nm）具有相对较低的吸收系数。这需要更高的光束强度，这意味着与焊接钢或铝相比，光斑尺寸更小和/或激光束功率更高。

低吸收系数并不是激光焊接铜的唯一问题。在焊接过程中会发生飞溅，尤其是在焊接速度下。由于这些喷嘴的尺寸和数量，出现了严重的焊接错误。熔融金属的渗透可以通过蒸汽毛细管的膨胀和塌陷来解释。

假设蒸气毛细管的不稳定性与材料的特定性质有关，例如 B. 所使用的激光辐射的高导热性和低吸收层，导致光束与工件的相互作用更广泛。吸收激光辐射。使用熔点和沸点而不是区域也有助于降低激光束焊接过程的稳定性，因为材料会突然变成液体并冒烟。

由于这些屏障，在工业应用中可以实现相对较低的穿透深度。迄今为止，工业应用所需的工艺可靠性主要仅通过非常高的焊接速度来保证，这导致熔深低、所需的激光功率高以及快速精确的定位。

尽管存在障碍，但由于其高效率，许多研究小组已经进行并继续进行研究以提高 LBW 聚合工艺的性能。大多数研究都集中在通过使用最佳光束质量的激光能源来增加激光束的强度，以实现非常小的聚焦直径（单模光纤激光器），无论是通过功率调制还是通过使用激光器。不同的波长（约 500）。纳米绿色）。激光），铜更好地吸收这些激光。目前的研究表明，在焊接速度为 2m/min (10kW) 和 4m/min (16kW) 时，增加激光功率可以防止焊接飞溅。本文研究的目的是寻找另一种提高工艺稳定性和防止焊接飞溅的方法。已经表明，对于钢材（非合金和合金），气压下降会导致工艺稳定，尤其是在低焊接速度下。在这项研究中，尝试使用可变工艺来焊接铜板。

真空激光焊接（LaVa）

自 2010 年以来取得了显著成果，这一年继续研究使用创新半导体激光器减少负载对环境的影响。在较慢的焊接速度下，压降大大提高了工艺稳定性并显着改变了焊缝的内部几何形状。可以显着提高焊缝的质量和渗透性。这种强烈影响的主要原因被认为是金属蒸汽屏障的去除、沸点的降低和大气压力对蒸汽毛细管形成的影响的降低。

对于非合金钢，厚度为 50 mm 的板材可以进行单面焊接。已经开发了用于焊接高合金钢、镍基和钛基合金的方法，用于厚度为 30-40 毫米的单相焊接。另一方面，该技术适用于对连续穿透深度、密度、孔隙率或减少飞溅有最高质量要求的应用。

铜的真空激光焊接

LBW 工艺的抽吸需要真空室和泵送系统。与电子束焊接相比，合理的真空度（0.1-10 hPa）就足够了。因此，只需要一个泵级，就可以使用相对稳定的无油泵。与激光功率、组件或光束处理以及机器控制的基本成本相比，真空室的额外成本很小。所有必要的成分都可以在市场上买到。

大多数系统都配备了外部焊接光学元件。其中一个重要部分是保护窗口，它允许激光束进入房间并保护它免受过程损失。借助合适的系统（由 ISF Optishield 开发），窗套的使用寿命可延长至每件超过 1,000 台焊接机。宾塔纳。通过与工业合作伙伴的密切合作，为工业应用开发了两种 Lava 焊接概念。

提出的研究使用了一种多功能固态激光器（TruDisk 16002 磁盘激光器）。焊接光学元件 (Precitec YW 52) 的点直径为 0.3 mm（光纤直径 200 µm）。它们允许激光束在焊接方向或垂直于焊接方向振荡。在焊接非合金钢和高合金钢时，LaVa 已被证明可以在 0.2-1 m/min 的低焊接速度下稳定焊接过程。由于表面上的飞溅物很少，它对孔隙率有积极影响，并且焊缝几何形状（尤其是熔深）得到显着改善。