2.1 雕刻參數與品質 雕刻參數與品質 雕刻參數與品質 雕刻參數與品質

Download (0)

全文

(1)

第二章 第二章第二章

第二章 文獻回顧文獻回顧文獻回顧 文獻回顧

2.1 雕刻參數與品質 雕刻參數與品質 雕刻參數與品質 雕刻參數與品質

雷射雕刻提供一種乾淨,快速,非接觸性的雕刻過程,而且可以留下 一個不可磨滅的優質標記[1,2]。

(Ng , Yeo)[3]探討以 Nd : YAG 關於使用四種材質(Anodized Aluminium, Stainless Steel, PBT, Phenol Formaldehyde)在三種不同的光波下(Tungsten, Daylight, Fluorescent),在操作雷射雕刻速度時,對 Stainless Steel 所用的速 度應該要較低,才不會有太大的色差值,而對 PBT 的材質雕刻速度要較 高,才不會有太大的色差性。

( Zhou , Mahdavian)[4]等人利用 60W 的低功率雷射,可以切斷各種非 金屬材料,像塑膠、木頭、橡膠…等,而要切斷的各種材質也必須配合不 同等級的雷射功率,及不同工件的切割速度,在同材質的條件下,功率越 高,切割速度越慢,則切割深度越深,在 60W 下,同樣切割速度下,pinewood 的切割深度最深。圖 2.1、圖 2.2、圖 2.3 為各種參數對不同材質之影響。

由以下圖形可知,當功率越大,則切割深度越深,還有切割的材質也是影 響切割深度最大的原因。

圖 2.1 各種功率對材質的深度切割及雷射速度的理論關係[4]

(2)

圖 2.2 各種功率對 PMMA 的深度切割及雷射速度變化[4]

圖 2.3 不同材質的切割深度及雷射速度變化[4]

(Peligrad , Zhoua , Mortona , Li)[5]等人以輸出變數考慮為雷射雕刻 clay tile 的熔池寬度, 測量是使用一個快速的 CCD 錄製系統和以圖像處理 的軟體分析。輸入變數為雷射功率和雕刻速度。使用功率為 40-80 W (連續 波) 以速度範圍從 4 到 10 mm/s。實驗性製件樣品是使用英國標準 clay tiles,大小 50x50 mm2正方形。材料成分為 ball clay (72%),石灰石(5%),

silica (10%),並且再加工 clay (13%) 。雷射功率一開始為 20W 然後從 40W 再到 80W,在恆定的射線速度 v = 6mm/s ,在 0.2s 時,80W 的雷射功率 可以達到線寬 1500µm 的寬度,如圖 2.4 所示。

(3)

圖 2.4 橫向速度從 4 到 10 mm/s 的反應[5]

(Engin Molva )[6],Q-switch 微小型電路雷射在 1064 毫微米,脈衝峰 值功率足夠高到雕刻或處理吸收這個波長的任一材料。由於很短的脈衝寬 度。大約 1±2 J/cm2,能夠被使用在不同的材料譬如鋼、鋁、tungstene 碳 化物、塑料、薄膜、繪畫, 等...。圖 2.5 在 aluminium plate 雕刻線寬約 1mm。

圖 2.5 在 aluminium plate 雕刻線寬 1mm[5]

(4)

(CHEN)[7],在雷射的材質製程中,雷射光點位置的強度穩定性會影 響加工的品質。(Dumont , Lippert, Wokaun , Leyvraz )[8]以 2D 矩陣的方式 呈現出雷射的各種參數,如脈衝數,雷射的影響和雕刻的精確度,在玻璃 上雕刻的影響。如圖 2.6 所示。

圖 2.6 玻璃上雕刻參數不同所呈現的比較[8]

(Sugioka , Obata , Midorikawa , Hong , Wu , Wong , Lu , Chong)[9]等人 利用(laser-induced plasma –assisted ablation)LIPAA 的技術,使切斷、雕刻 色彩、印刷和一些材質的硬化選擇上,有更高品質的呈現,當雷射光束穿 透一透明玻璃基材之後與電漿交互影響下,便在工件上呈現如圖 2.7 的效 果。

(5)

(Qi , Wang , Zhu)[10],介紹用 Nd : YAG 對不銹鋼的雕刻製程,在不同 的脈衝頻率下,當雕刻的寬度維持一定值時,脈衝頻率為 3KHz 時有最深 的雕刻深度,脈衝頻率在 8KHz 時有最大的對比度,探討雷射脈衝頻率在 雕刻深度、寬度和對比上的關係,如圖 2.8。

圖 2.8 不銹鋼之深寬及對比度[10]

(Alexander & Khlif)[11],利用 orasol dyes(紅色、藍色及黃色)金屬複合 溶劑塗覆在塑膠及氧化鋁的表面,厚度約 20~50µm,參數變項有雕刻速 度、功率、光束直徑及濃縮液濃度,在同樣的參數變項下,濃縮劑越濃線 寬越細,塑膠的散射性小,氧化鋁的散射性大。不同顏色對光吸收率不同,

黃色表面的吸收率大於藍色及紅色。如圖 2.9、圖 2.10 所示。

圖 2.9 雷射光在有機金屬薄膜雕刻情形[11]

(6)

圖 2.10 雷射光在不同顏色薄膜雕刻情形[11]

(Yilbas)[12],在雷射鑽孔的製程中探討雷射參數和材料性質對鑽孔品 質的影響,以不銹鋼、鎳及鈦三種材質,在雷射參數中,以脈衝時間長度、

焦距、功率及工件厚度會對表面因熱影響產生的凝固面、穿孔的錐度角、

內部直徑造成一定品質的影響。

(Tang, Ravi, Zhao)[13]各種塑膠薄膜的熔點溫度大約都是在 170℃左 右,IC 封裝便是用到這些材料,此實驗包括 polyacetal、polycarbonate、

polyester 和 nylon,其中聚合物的材質及薄膜厚度是影響薄膜脫落的重要參 數,實驗結果說明 nylon 和 polyester 是最適合做模子及雕刻的,在有薄膜 封裝上雕刻的比沒有薄膜封裝上的雕刻效果較好也較清晰。

2.2 自動化應用 自動化應用 自動化應用 自動化應用

在材料處理上,產品雕刻是高功率雷射其中最大的應用之一[14,15]。

(Haferkamp , Jaschke , Stein , Goede)[16]等人運用 IR-reflection 技術檢測被 保護產品塗覆層上的雷射雕刻記號,圖 2.11 為雷射在產品上做記號的方 式,圖 2.12 為檢測方法。在 top coat 與 base coat 是以 polyurethane 直接塗 覆在基材的表面,約為 3~5µm,而雕刻程度是以雕刻在圖 2.11 中 2 的位置

(7)

最佳,因為雕刻在 1 時太深檢測不到,雕刻在 3 或 4 則可能脫落,而檢測 系統可以檢測 3.4~5µm 的範圍。

圖 2.11 雷射在產品上做記號的方式[16] 圖 2.12 檢測方法[16]

(Peligrad , Zhou , Morton , Li)[17]將類神經系統應用在雷射雕刻上。在 將資料收集過後,然後建立一組數學模式後,使用 non-linear predictive control(NPC)去控制比 direct inverse control(DIC)控制有更明顯成功的效 果,而其中塑模的不精確會導致產生穩態誤差,也會導致系統收集資料的 困難。在實驗過程中,所應用的是陶瓷材料,輸出的變數是熔池溫度,輸 入的則是雷射功率及雕刻速度。

(Golnabi)[18]將雷射感應系統運用在自動化和彈性製造上,如:品質 量測、航行引導、圖樣辨識及視覺系統。(Kanzaki , Nakano & Nishizawa)[19]

利用自動控制雷射光的方法,在挖掘的礦坑面上很精確且快速地做記號。

(Engin Molva)[5]描述微小型電路雷射有許多不同的工業應用,在市場 上,譬如:汽車工業、雷射雕刻、環境和醫療應用、公共建設及電信方面。

在雷射領域裡應該可以有低成本和更大的市場性。主要應用是生產緊湊和 低成本雷射雕刻機器,可能被使用在例如代替一些噴墨機印表機、在工業 生產植物中、在食品工業或在材料裡以 micromarking 處理,在微電子學,

等...。使用微小型電路雷射的主要好處,是允許由非專業人員操作和低成

(8)

2.3 分析 分析 分析 分析

綜合以上整理分析,可以知道雷射的雕刻參數對品質的影響,而根據 上述探討,如果可以將符合雕刻品質的參數找出,然後將其建一個資料 庫,相信在自動化產業上有很好的發展。

根據文獻探討,本研究可利用雷射功率、雕刻速度為輸入參數,而定義品 質的範圍可以線寬及深度為輸出參數,訂定一個範圍,便可得到本研究所 需要的參數範圍。

數據

圖 2.2  各種功率對 PMMA 的深度切割及雷射速度變化[4]

圖 2.2

各種功率對 PMMA 的深度切割及雷射速度變化[4] p.2
圖 2.3 不同材質的切割深度及雷射速度變化[4]

圖 2.3

不同材質的切割深度及雷射速度變化[4] p.2
圖 2.4  橫向速度從 4 到 10 mm/s 的反應[5]

圖 2.4

橫向速度從 4 到 10 mm/s 的反應[5] p.3
圖 2.5 在 aluminium plate 雕刻線寬 1mm[5]

圖 2.5

在 aluminium plate 雕刻線寬 1mm[5] p.3
圖 2.6  玻璃上雕刻參數不同所呈現的比較[8]

圖 2.6

玻璃上雕刻參數不同所呈現的比較[8] p.4
圖 2.8  不銹鋼之深寬及對比度[10]

圖 2.8

不銹鋼之深寬及對比度[10] p.5
圖 2.10  雷射光在不同顏色薄膜雕刻情形[11]

圖 2.10

雷射光在不同顏色薄膜雕刻情形[11] p.6
圖 2.11  雷射在產品上做記號的方式[16]                    圖 2.12  檢測方法[16]

圖 2.11

雷射在產品上做記號的方式[16] 圖 2.12 檢測方法[16] p.7

參考文獻

相關主題 :