Som kontraktproducent med 40 års erfaring inden for laserbearbejdning har Covi Precision opnået en bred vifte af teknologier og kompetencer, der bruges inden for skæring, mærkning, ablation og svejsning. I dette papir fokuserer vi på teknologien, almindeligvis kendt som Ultra-Short-Pulse (USP), mere specifikt Femto-pulser.
USP er en reference til længden af lysimpulser, når de har en varighed under 10-9 sekund, også kendt som nanosekunder. Pulslængder over dette omtales almindeligvis som Short-Pulse (SP), og forskellen mellem de to bliver relevant, når man ser på de fordele, som de kortere pulslængder (USP) giver ved laserbearbejdning.
USP, med Femto (10-15 sekunder) som den aktuelt korteste pulslængde, der er kommercielt tilgængelig, erstatter på ingen måde eller gør længere puls-lasere forældede, men tilbyder nogle unikke ekstra funktioner i forhold til SP-lasere. Til mange opgaver er SP-lasere dog stadig den foretrukne løsning, med deres ofte hurtigere og mere omkostningseffektive kapaciteter, samtidig med at de tilbyder præcision og kvalitet tæt på USP. Dette kombineret med efterbehandling kan modvirke nogle af de fordele, USP tilbyder.
1. Så hvad er hypen om…
I layman’s termer tager USP over, hvor SP-lasere slipper, og skubber grænserne for, hvad der kan opnås med laserbearbejdning. Og i langt højere grad end SP løfter det laserbearbejdning som en overlegen teknologi til højpræcisionsfremstilling i tilfælde, hvor stansning, EMD, ætsning eller andre teknologier ellers kunne synes som alternativer.
Kort sagt ligger hovedforskellen i, at den kortere pulslængde sikrer materialefordampning frem for smeltning.
Dette i modsætning til SP-skæringsprocessen, hvor kun en procentdel af materialet i snittet fordampes, og resten skal fjernes med højtryksgas.
Men denne tilsyneladende lille forskel fører til en række fordele:
1.1.1 Bearbejdelighed på bredere vifte af materialer
Hvor SP-baserede teknologier kan bruges til at bearbejde en række materialer, bliver de typisk meget materialebegrænsede, når de er i en specifik opsætning/maskine. USP/Femto derimod, med sine korte pulser og høje energiintensitet, bearbejder ikke kun en bredere vifte af materialer, men bliver langt mindre begrænset af en bestemt opsætning. En USP Femto-baseret maskine bearbejder derfor typisk en bred vifte af materialer godt – som metaller, elastomerer, glas, keramik, safir eller endda diamanter – i samme opsætning. Det giver en høj grad af fleksibilitet til at opfylde specifikke behov samt muligheden for at bearbejde flere eller lagdelte materialer i samme proces.
1.1.2 Minimal varme-påvirket zone (HAZ)
Selv om højpræcise, små plet-, lavenergi-SP-lasere tilfører meget lidt varme og en minimal HAZ i et metal, tager USP-lasere dette et skridt videre. Fraværet af en traditionel smeltezone reducerer varmeopbygningen endnu mere, hvorfor teknologien også omtales som koldbearbejdning. Som resultat af dette begrænser teknologien det traditionelle behov for køling af materialet ved hjælp af højtryksgas, hvilket fra et bearbejdningssynspunkt er “det onde”, der skaber mange af de udfordringer, SP-skæring står overfor. Så ud over evnen til at bearbejde endnu tyndere eller varmesensitive materialer bidrager manglen på højtryksgas og varmeopbygning til præcisionen og mulighederne ved USP-lasere.
1.1.3 Gratfrie skærekanter
Det er smeltezonen i SP-skæring, der fører til risikoen for størknede slagger/grater langs skæresnittet. Fraværet af dette ved USP-skæring betyder, at snittet ligger tættere på den faktiske pletstørrelse, samt at metalsprøjt på overflader under eller omkring et snit reduceres. Selvom SP-skæring kan modvirke dette gennem efterbehandling, tilbyder USP en særlig fordel på steder, hvor efterbehandling af slagger/sprøjt er begrænset. Fx trange steder langs skæresnittet, huller eller indvendigt i et rør.
1.1.4 Højere nøjagtighed
Præcision og kvalitet i en laserproces defineres af mange andre faktorer end blot pulslængde, men da USP leverer sin energi i langt flere pulser pr. sekund, kan den nødvendige energi til at gennembryde et materiale overføres i en meget mindre pletstørrelse. Kombineret med de ovennævnte funktioner tilbyder USP-lasere en præcision og kvalitet, der er overlegen i forhold til SP-lasere.
På Covis løsninger kan det, afhængigt af opgaven, betyde snit målt i en-cifrede mikrometer.
1.1.5 Overfladestrukturering
Med USP-lasere kan forskellige egenskaber indbygges i en materialoverflade, hvilket tilføjer funktioner som ændring af friktion, ændring af ruhed, introduktion af hydrofobiske egenskaber og skabelse af diffraktive optiske egenskaber. Femtosekund-laser muliggør denne omstrukturering af overflader gennem sin høje præcision med minimal påvirkning af HAZ.
1.1.6 Mikrobearbejdning
USP’s evne til at udføre ablation betyder, at den kan udføre mikrobearbejdning. Fx kan der laserskæres en rille, fordybning eller spor i et rør, som ellers ville kræve Swiss Turning eller fræsning, men nu udelukkende udføres ved hjælp af laseren – uden skærende værktøjer.
1.1.7 Laser-genererede skærekanter/skæreæg
Ved at kombinere og udnytte styrkerne ved Femto-laserbearbejdning gør teknologien det muligt at generere skæreæg direkte i skæreprocessen, hvor der med SP-teknologi ville være behov for en efterfølgende slibeproces. Dette er særligt nyttigt ved bearbejdning af rør eller nåle, hvor der er behov for at kunne trænge gennem hud eller opsamle væv eller væsker til biopsiprøver.
Tal med Covi Precision om, hvordan denne eller andre teknologier kan gavne jeres behov, eller udforsk mulighederne nærmere på vores hjemmeside.
Ansvarsfraskrivelse: Denne artikel vedrører kun pulslængde eller USP/Femto som en betegnelse, hvilket kun er en brøkdel af de faktorer, der udgør en “laserbearbejdningsløsning”.
