激光打孔技術顛覆過濾器行業

　　光纖激光器是精密金屬加工的首選工具。在金屬切割應用中，光纖激光器因其兼具速度、靈活性和精確性而占據主導地位。多年前，航空航天業采用激光鉆孔技術在高性能金屬部件上打孔，以提高熱性能。現在，光纖激光鉆孔在生產效率和精度方面的進步已開始顛覆工業過濾器行業（圖 1）。

　　過濾器是一種多孔裝置，可在材料通過時去除雜質。過濾產品的質量取決于濾孔的均勻性和清潔度。激光打孔是一種非接觸式鉆孔技術，沒有相關的機械磨損，因此可以在覆蓋較大表面的長期制造過程中保持良好的孔均勻性。在許多情況下，孔越小，過濾效果越好。激光尤其適合鉆直徑小于100微米的孔，而這些孔的尺寸對于化學蝕刻或機械沖孔等傳統替代方法來說具有很強挑戰性（圖 2）。

　　可持續發展政策為高性能過濾器創造了新的高要求，而激光鉆孔技術恰恰能夠滿足這些要求。塑料回收廠熔化進入的垃圾，然后將液體通過一系列過濾器，再將過濾后的材料重新凝固成再生塑料顆粒原料。由回收塑料制成的產品，例如PET水瓶，必須符合食品和飲料行業的高標準。孔徑在60-80 µm范圍內的激光鉆孔過濾器是一種經過現場驗證的解決方案，可以滿足這些高標準。

　　激光鉆孔材料

　　通過將強光纖激光束聚焦到小至40微米的光斑直徑，可對不銹鋼等常見材料進行鉆孔。強激光能以極高的速度熔化和氣化金屬，并具有極佳的一致性。高壓噴嘴引導氣體，有效去除液態和氣態金屬，使激光能夠鉆得更深。在很短的時間內，通常只有幾十微秒，激光就能穿透背面，完成鉆孔。激光關閉后，迅速重新定位，然后重復上述過程。這樣，數百萬個孔的過濾器以極快的速度制造出來，而且精度和均勻性都非常出色。激光鉆孔的一個顯著特點是自然錐度，即背面的出口直徑小于輸入端。這就產生了有用的漏斗效應，同時防止有害物質倒流通過過濾器。

　　激光鉆孔是一種靈活的技術，可采用多種方法優化孔的質量和產量。最簡單的方法是單發鉆孔，一次爆發的能量可穿透整個樣品厚度。單發鉆孔是吞吐量最高的技術，可使調制激光每秒產生數百個孔。

　　多槍鉆孔或沖擊鉆孔利用多次激光迸發，最大限度地減少穿刺基體所需的能量的總體熱影響。沖擊鉆孔通常與振鏡掃描儀和脈沖激光器配合使用，每秒可發出數萬或數十萬次激光。這種技術在精度和質量要求高于產量的微加工領域最受歡迎。通過在多個光點上重復掃描激光，可以在熱影響區最小的情況下打出高質量的孔。多點鉆孔技術在一定程度上抵消了其在產量方面的挑戰，因為它能夠并行打出許多孔（圖 3）。

　　三種激光鉆孔技術

　　第三種技術被稱為 "螺旋鉆孔"（trepanning），它以螺旋軌跡在周邊移動激光能量，從而形成切割孔，而不是鉆孔。對于較大的孔來說，穿孔是比較理想的，因為不需要消耗能量來去除切割區域的中心材料。穿孔時，可通過機械或光學方式移動激光光斑。大直徑孔的質量非常好，但通常比單槍鉆孔或沖擊鉆孔的速度慢。

　　采用 "飛行 "技術可最大限度地提高產量，但需要精確的計時（圖 4）。飛行 "技術是將鉆孔頭光學鏡頭連續移動到樣品上，每個位置都不會停止鉆孔。通過避免停止和啟動時的慣性損耗，"飛行 "技術可最大限度地提高激光利用率和鉆孔速度。

過濾器的制作通常是通過激光束在基板上連續光柵化的方式進行平行鉆孔。為確保整個過濾器的精確間距和孔的質量，必須控制激光的熱量輸入，否則基片的熱膨脹可能會向上彎曲。基板的外部區域被夾緊，以確保基板不會橫向移動。在精度、質量和產量之間取得微妙但可重復的平衡是過濾器鉆孔機的藝術所在。

　　選擇正確的激光、機器和打孔技術取決于基板材料類型、厚度和孔徑要求。對于產量敏感的任務，尤其是在基材較厚、孔徑較大的情況下，能夠更好地抵御激光能量所帶來的熱負荷，能夠進行單次鉆孔的強大激光源是首選。

光纖激光器是一種靈活的激光源。通過調整激光和機器參數，可以輕松改變孔直徑、錐度和間距等重要特征。與傳統方法不同的是，激光鉆孔的特征可以隨時改變，從而使工具可以在單一基板上鉆出多種類型的孔，而無需更換工具。

由于光纖激光器具有眾多優點，因此越來越多地采用光纖激光器制造過濾器。任何其他技術都無法以極高的產量實現均勻度極佳的微孔。無論是為了實現可持續生產，還是為了更好地加工，使用光纖激光器制造過濾器都是一種越來越有吸引力的解決方案。