CO2激光在工業領域的發展和應用（上）

1、前言

    二氧化碳激光器是目前連續輸出功率較高的一種激光，它發展較早，商業(ye) 国产传媒在线較為(wei) 成熟，被廣泛應用到材料加工、醫療使用、軍(jun) 事武器、環境量測等各個(ge) 領域。在激光的發展和應用方麵，CO2激光器的製作和應用較早也較多，早在1970年代末期，就有從(cong) 國外直接進口CO2激光器，從(cong) 事工業(ye) 加工和醫療等應用。從(cong) 80年代末期開始，CO2激光器被廣泛引進並應用在在材料加工領域。

    近年來CO2激光加工設備雖然漸趨普及，但激光畢竟是一種新的工具，激光加工技術亦不同於(yu) 傳(chuan) 統的加工方法，所以工業(ye) 界在引進使用CO2激光器的過程中，曾經遇到各種各樣的問題，給很多廠商造成不少困擾。本文針對CO2激光器在不同領域的應用狀況及其演變作以分析，並提出在使用CO2激光器過程中，常麵臨(lin) 的一些問題，按照CO2激光器功率大小分類，闡述其在各個(ge) 產(chan) 業(ye) 上的應用狀況及演變情況，列舉(ju) CO2激光應用者會(hui) 麵對的主要問題並加以分析，最後對CO2激光應用的未來提出展望。

2、工業(ye) CO2激光應用與(yu) 發展

    為(wei) 了比較詳細完整的介紹CO2激光加工的應用狀況，按其使用成本，本文以激光輸出功率範圍（小於(yu) 200瓦，介於(yu) 200到1600瓦間和大於(yu) 1600瓦以上）作為(wei) 劃分標準，逐一介紹它在各個(ge) 領域的應用情況。

    2.1低功率（小於(yu) 200瓦）CO2激光的應用

    早期進口和製造的CO2激光機器，均為(wei) 小於(yu) 200瓦的低功率激光器。主要為(wei) 電子工業(ye) （如電阻製造、IC標誌）、非金屬加工業(ye) （竹木雕、服飾、製鞋、飾品製造等）和部份醫療和研究單位所使用。
將CO2激光束透過一個(ge) 光罩，聚焦於(yu) IC或半導體(ti) 組件上作標誌，這種CO2激光主要皆為(wei) TEA脈衝(chong) 式。但隨著標誌加工速度的要求越來越快，加工品質的要求越來越高，以及固體(ti) 激光的快速發展，最近新引進的標誌加工用激光，已逐漸被固體(ti) 的YAG激光所取代。

    用鏤空的銅模罩住要雕刻的非金屬材料，然後用CO2激光束在銅模上作快速掃瞄，即可在該材料上雕刻出複雜的圖案。雕刻對象為(wei) 木材、壓克力、皮革和紙張等，另外也可以應用到雕刻特有的手工藝品，如竹片雕刻、軟木浮雕、貝殼浮雕等。最近幾年已轉型用密封式CO2激光，直接以掃瞄振鏡作少量多變化的禮品雕刻，以提高国产传媒在线的附加價(jia) 值。

    成衣和製鞋業(ye) 曾經引領風騷十數年，也是引進國外或采用自產(chan) 的低功率CO2激光加工較早的成功典型，主要是以50瓦激光來裁切製衣服用的馬克板和鞋子樣板，僅(jin) 用於(yu) 開發或少量多樣的生產(chan) ，故數量有限。也有少數150瓦左右的CO2激光直接作皮衣、皮件等生產(chan) 用。另外計算機刺繡業(ye) 有以激光配合CCD取樣，直接將刺繡在一大張上的眾(zhong) 多圖案一一裁下。但是隨著兩(liang) 種產(chan) 業(ye) 的外移和萎縮，CO2激光器在這方麵的應用也沒有增加。而采用低功率CO2激光來裁切家具或飾品上的裝潢用薄樹皮持續增長，主要結合造型設計和後段生產(chan) ，附加價(jia) 值較高。

    由於(yu) 國外CO2激光的發展很快，小功率的CO2激光采用密封式結構，且品質越來越好，因此，除了上述加工業(ye) 外，進口的其它應用係統裏也有許多此類的CO2激光器，用在穿孔、印刷業(ye) 刻板、快速成型、鏡片上打商標和陶瓷基板加工等方麵，其應用潛力不小。

    輸出200瓦以下的CO2激光器在一些非金屬薄材料切割方麵綽綽有餘(yu) ，除上述業(ye) 者較常使用外，其實仍有很多產(chan) 業(ye) 界的特殊材料皆可考慮以激光加工取代，如建築業(ye) 的壓克力模型製作，結婚相簿封麵的硬版圖樣，其特點是是小而複雜，但均可以CO2激光來作裁切。雲(yun) 母薄板的裁切﹑防彈衣內(nei) 纖維布的裁切﹑耐龍安全帶的裁切，還有其它一些特殊材料如：FRP、ABS、特弗龍、石棉和橡膠等的裁切，國外都有采用激光加工的先例，隻是需要特別注意切割時所產(chan) 生氣體(ti) 的排放問題.
 
    2.2中高功率(200瓦-1600瓦)CO2激光的應用

    中高功率激光，是目前CO2激光加工設備的主流，主要用於(yu) 鈑金代工業(ye) ，也有少部份機器為(wei) 工廠自行使用的生產(chan) 設備。目前此類激光機器近三分之一皆為(wei) 最近引進，可見此類功率的CO2激光正處於(yu) 快速成長階段。中高功率CO2激光設備最主要的應用，就是作鈑金切割，大部分以代工的形式經營。加工對象廣，加工種類多，以下介紹幾種應用較多或特殊的例子。

    2.2.1木刀模業(ye)

    以CO2激光在木板上切割出寬度約0.6mm的各種複雜重複圖形的溝槽，然後再裝上鋒利的刀片，製成軋型刀具，這是裁切所有包裝紙盒、塑料射出成型、保麗(li) 龍用具和軟性電路板等製作過程中很重要的一環，應用前景看好。

    2.2.2各種機器零部件切割

    機器的各式各樣零部件，在某個(ge) 厚度以上或形狀較為(wei) 複雜，其實都可以用激光加工來取代傳(chuan) 統的加工方式，雖然可能加工成本會(hui) 高一點（有些不一定），但可節省很多人力，並提高国产传媒在线質量。

    2.2.3汽車鈑金切割

    經過模具壓軋成型後的汽車鈑金為(wei) 立體(ti) 形狀，一般再加工較為(wei) 困難，若以五軸CO2激光加工機作壓邊的切除和內(nei) 部孔洞的開挖，則可以充分顯出激光加工的優(you) 勢。目前國內(nei) 已有數家專(zhuan) 門生產(chan) 汽車修護用鈑金的工廠，進口五軸CO2激光加工機在作這方麵加工。但此類機器尚屬高價(jia) 位階段，將來若能降低價(jia) 格，國內(nei) 將會(hui) 有不少廠商引進此類加工機。

    2.2.4計算機、電氣機殼的鈑金切割

    計算機機殼的鈑金切割，以及各種機器控製箱和機殼的鈑金切割，是最主要的加工對象。尤其是一些国产传媒在线產(chan) 量不多，形狀複雜，国产传媒在线生命周期不長，開模劃不來的鈑金切割最多，如：電動玩具機殼、自動販賣機機殼、配電盤等。也有一些是已經開模，但国产传媒在线更改設計後，須在已成型的鈑金上作更改的加工。

    2.2.5特殊材料切割

    由於(yu) 激光可以作非接觸式切割，切縫窄又不影響外圍材質，所以被廣告和建築業(ye) 界普遍采用在特別需要保持工件表麵極度光滑的鏡麵不鏽鋼或一般不鏽鋼板的切割加工，如：招牌、雕塑品、電梯控製麵板、廚具、圓形鋸片、壓克力、彈簧墊片、2mm以下的電子機件用銅板，一些金屬網板、鋼管、鍍錫鐵板、鍍亞(ya) 鉛鋼板、磷青銅、電木板、薄鋁合金、石英玻璃、矽橡膠、1mm以下氧化鋁陶瓷片、航天工業(ye) 使用的鈦合金等等。 隨著產(chan) 業(ye) 形態的演變，鈑金加工對象越來越複雜多樣，傳(chuan) 統的衝(chong) 孔機功能已不能滿足要求，線切割速度又太慢，CO2激光的加工功能正好彌補它們(men) 所缺，這也是近幾年CO2激光加工機引進速度持續且快速增加的主要原因。