亞微米級(jí)的激光加工，光耀車(chē)間

美國(guó)Sunlight-Tech公司專注于精密加工，他們憑借著 GF 加工方案的兩臺(tái) Microlution ML-5 機(jī)床，以超精密激光實(shí)現(xiàn)了小型工件的細(xì)微加工和微銑削加工。

多數(shù)加工企業(yè)將 7.62微米(0.0003")到12.7微米(0.0005")的公差視為極其苛刻的要求。然而，對(duì)于位于美國(guó)伊利諾斯州莫肯納的Sunlight-Tech公司來(lái)說(shuō)，公差要求通常在1微米(0.001 mm，0.00003937")以內(nèi)，這是用傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床，甚至電火花(EDM)機(jī)床都無(wú)法滿足要求。除這些嚴(yán)格的公差要求外，許多被加工件尺寸非常小，幾乎達(dá)到顯微級(jí)，或需要加工的幾何特征細(xì)小且復(fù)雜。Sunlight-Tech公司總裁Grzegorz(Greg)Nowobilski介紹說(shuō)，這些工件只能用激光細(xì)微加工和微銑削機(jī)床加工，唯有這樣才能滿足該公司對(duì)亞微米級(jí)嚴(yán)格公差的要求。

Grzegorz (Greg) Nowobilski總裁介紹，Sunlight-Tech需加工的部分幾何特征只能用激光技術(shù)加工。

Sunlight-Tech創(chuàng)建于2010年，是一家有22名員工的工程咨詢公司，專注于機(jī)械和自動(dòng)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。2018年，Sunlight-Tech決定進(jìn)入咨詢之外的領(lǐng)域，進(jìn)軍激光細(xì)微加工和微銑削加工領(lǐng)域。自此，該公司現(xiàn)已服務(wù)于眾多行業(yè)，例如汽車(chē)、食品、消費(fèi)品、航空航天和國(guó)防、電子、通信和醫(yī)療器械行業(yè)。

Sunlight-Tech用激光細(xì)微加工技術(shù)滿足客戶的加工要求，例如加工3,200個(gè)孔，每個(gè)孔的直徑僅254微米(0.01")，深徑比達(dá)11:1，或加工幾何形狀為上方下圓的正錐和倒錐形，以及其它類(lèi)型的型腔和盲孔。激光也用于加工一些不允許污染或不允許接觸異物的工件，這是使用傳統(tǒng)銑削加工常見(jiàn)的風(fēng)險(xiǎn)。由于大多數(shù)工件尺寸都非常小和易碎，Sunlight-Tech用激光技術(shù)進(jìn)行細(xì)微加工，避免有害的切削力。

目前，Sunlight擁有兩臺(tái)GF加工方案的超快激光細(xì)微加工系統(tǒng)。一臺(tái)是Microlution ML-5五軸機(jī)床，另一臺(tái)是Microlution ML-5三軸機(jī)床，這臺(tái)機(jī)床擁有更大的加工區(qū)。

ML-5提供全五軸振鏡系統(tǒng)，激光束可靈活“轉(zhuǎn)向”，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)鉆削無(wú)法加工的復(fù)雜形狀。

Microlution ML-5機(jī)床的定位精度與重復(fù)精度分別為±1 μm (±0.00004")與±0.5 μm(±0.00002")。ML-5機(jī)床擁有全五軸激光振鏡系統(tǒng)，激光束可靈活“轉(zhuǎn)向”，以因應(yīng)復(fù)雜幾何形狀要求；這些形狀無(wú)法用常規(guī)的鉆削技術(shù)加工，例如從上到下都需要極高表面質(zhì)量和嚴(yán)格的公差要求的漏斗形孔。

Sunlight-Tech擁有一臺(tái)Microlution ML-5五軸機(jī)床和一臺(tái)更大加工區(qū)的Microlution ML-5三軸機(jī)床。

精密的天然花崗巖床身和安裝其上的導(dǎo)軌支撐著機(jī)床的精密光路系統(tǒng)。高精度的直線電機(jī)提供極高加速度，且無(wú)反向間隙，顯著縮短加工周期和損耗。其它功能還包括高分辨率玻璃光柵尺和機(jī)內(nèi)工件測(cè)頭、功率表和高速光學(xué)攝像頭。

這兩臺(tái)Microlution機(jī)床都采用天然花崗巖床身，在長(zhǎng)時(shí)間加工中能保持優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，并都配備飛秒激光器。飛秒激光器的脈沖極短，脈沖周期僅千萬(wàn)億分之一秒。在加工中，激光的超短脈沖時(shí)長(zhǎng)可避免材質(zhì)熔融，因此，這款機(jī)床是Sunlight-Tech加工溫度敏感工件的理想選擇。此外，飛秒激光加工幾乎不產(chǎn)生毛刺，且其工作溫度能避免工件損壞。

機(jī)內(nèi)飛秒激光器發(fā)出極短脈沖的激光束，脈沖周期僅千萬(wàn)億分之一秒。

在微銑削方面，Sunlight-Tech選用Microlution 5100細(xì)微銑削加工中心加工復(fù)雜的精密工件，這些工件只能用高速五軸微銑削加工技術(shù)才能加工。該機(jī)專為細(xì)微工件加工所設(shè)計(jì)，并保持微米級(jí)的高精度，工件尺寸范圍為100 x 100 x 100 mm(4" x 4" x 4")，使用的刀具直徑為0.01 mm至3 mm(0.0004"至0.124")。定位精度達(dá)±1 μm(±0.00004")，高性能、立式的橋式直線電機(jī)加工中心滿足Sunlight-Tech對(duì)高精度小型工件的加工要求。

研發(fā)任務(wù)是Sunlight-Tech的核心工作內(nèi)容。Nowobilski總裁介紹說(shuō)，由于超短脈沖激光加工技術(shù)問(wèn)世時(shí)間還不足10年，許多公司都在嘗試將該技術(shù)用于工件加工。Sunlight-Tech與客戶共同開(kāi)發(fā)、用事實(shí)證明了該技術(shù)可行。

Nowobilski說(shuō)：“有效進(jìn)行激光加工的關(guān)鍵是正確設(shè)置激光參數(shù)。為此，我們與GF加工方案的應(yīng)用工程部合作。”GF加工方案的支持和Sunlight-Tech公司自己多年積累的激光加工經(jīng)驗(yàn)使Sunlight-Tech很快掌握了Microlution機(jī)床的編程。實(shí)際上，遠(yuǎn)比我們想想的簡(jiǎn)單。他表示：“僅僅一周，我們就理解了激光參數(shù)和參數(shù)調(diào)整方法，能滿足特定工件形狀和幾何特征的加工要求。”