光纖激光器是精密金屬加工的首選工具。在金屬切割應(yīng)用中，光纖激光器因其兼具速度、靈活性和精確性而占據(jù)主導(dǎo)地位。多年前，航空航天業(yè)采用激光鉆孔技術(shù)在高性能金屬部件上打孔，以提高熱性能?，F(xiàn)在，光纖激光鉆孔在生產(chǎn)效率和精度方面的進(jìn)步已開(kāi)始顛覆工業(yè)過(guò)濾器行業(yè)（圖 1）。

　　過(guò)濾器是一種多孔裝置，可在材料通過(guò)時(shí)去除雜質(zhì)。過(guò)濾產(chǎn)品的質(zhì)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(shù)，沒(méi)有相關(guān)的機(jī)械磨損，因此可以在覆蓋較大表面的長(zhǎng)期制造過(guò)程中保持良好的孔均勻性。在許多情況下，孔越小，過(guò)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(duì)于化學(xué)蝕刻或機(jī)械沖孔等傳統(tǒng)替代方法來(lái)說(shuō)具有很強(qiáng)挑戰(zhàn)性（圖 2）。

　　可持續(xù)發(fā)展政策為高性能過(guò)濾器創(chuàng)造了新的高要求，而激光鉆孔技術(shù)恰恰能夠滿足這些要求。塑料回收廠熔化進(jìn)入的垃圾，然后將液體通過(guò)一系列過(guò)濾器，再將過(guò)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(chǎn)品，例如PET水瓶，必須符合食品和飲料行業(yè)的高標(biāo)準(zhǔn)?？讖皆?0-80 µm范圍內(nèi)的激光鉆孔過(guò)濾器是一種經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證的解決方案，可以滿足這些高標(biāo)準(zhǔn)。

　　激光鉆孔材料

　　通過(guò)將強(qiáng)光纖激光束聚焦到小至40微米的光斑直徑，可對(duì)不銹鋼等常見(jiàn)材料進(jìn)行鉆孔。強(qiáng)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(dǎo)氣體，有效去除液態(tài)和氣態(tài)金屬，使激光能夠鉆得更深。在很短的時(shí)間內(nèi)，通常只有幾十微秒，激光就能穿透背面，完成鉆孔。激光關(guān)閉后，迅速重新定位，然后重復(fù)上述過(guò)程。這樣，數(shù)百萬(wàn)個(gè)孔的過(guò)濾器以極快的速度制造出來(lái)，而且精度和均勻性都非常出色。激光鉆孔的一個(gè)顯著特點(diǎn)是自然錐度，即背面的出口直徑小于輸入端。這就產(chǎn)生了有用的漏斗效應(yīng)，同時(shí)防止有害物質(zhì)倒流通過(guò)過(guò)濾器。

　　激光鉆孔是一種靈活的技術(shù)，可采用多種方法優(yōu)化孔的質(zhì)量和產(chǎn)量。最簡(jiǎn)單的方法是單發(fā)鉆孔，一次爆發(fā)的能量可穿透整個(gè)樣品厚度。單發(fā)鉆孔是吞吐量最高的技術(shù)，可使調(diào)制激光每秒產(chǎn)生數(shù)百個(gè)孔。

　　多槍鉆孔或沖擊鉆孔利用多次激光迸發(fā)，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(fā)出數(shù)萬(wàn)或數(shù)十萬(wàn)次激光。這種技術(shù)在精度和質(zhì)量要求高于產(chǎn)量的微加工領(lǐng)域最受歡迎。通過(guò)在多個(gè)光點(diǎn)上重復(fù)掃描激光，可以在熱影響區(qū)最小的情況下打出高質(zhì)量的孔。多點(diǎn)鉆孔技術(shù)在一定程度上抵消了其在產(chǎn)量方面的挑戰(zhàn)，因?yàn)樗軌虿⑿写虺鲈S多孔（圖 3）。

　　三種激光鉆孔技術(shù)

　　第三種技術(shù)被稱為 "螺旋鉆孔"（trepanning），它以螺旋軌跡在周邊移動(dòng)激光能量，從而形成切割孔，而不是鉆孔。對(duì)于較大的孔來(lái)說(shuō)，穿孔是比較理想的，因?yàn)椴恍枰哪芰縼?lái)去除切割區(qū)域的中心材料。穿孔時(shí)，可通過(guò)機(jī)械或光學(xué)方式移動(dòng)激光光斑。大直徑孔的質(zhì)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(shù)可最大限度地提高產(chǎn)量，但需要精確的計(jì)時(shí)（圖 4）。飛行 "技術(shù)是將鉆孔頭光學(xué)鏡頭連續(xù)移動(dòng)到樣品上，每個(gè)位置都不會(huì)停止鉆孔。通過(guò)避免停止和啟動(dòng)時(shí)的慣性損耗，"飛行 "技術(shù)可最大限度地提高激光利用率和鉆孔速度。

過(guò)濾器的制作通常是通過(guò)激光束在基板上連續(xù)光柵化的方式進(jìn)行平行鉆孔。為確保整個(gè)過(guò)濾器的精確間距和孔的質(zhì)量，必須控制激光的熱量輸入，否則基片的熱膨脹可能會(huì)向上彎曲。基板的外部區(qū)域被夾緊，以確?；宀粫?huì)橫向移動(dòng)。在精度、質(zhì)量和產(chǎn)量之間取得微妙但可重復(fù)的平衡是過(guò)濾器鉆孔機(jī)的藝術(shù)所在。

　　選擇正確的激光、機(jī)器和打孔技術(shù)取決于基板材料類型、厚度和孔徑要求。對(duì)于產(chǎn)量敏感的任務(wù)，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(lái)的熱負(fù)荷，能夠進(jìn)行單次鉆孔的強(qiáng)大激光源是首選。

光纖激光器是一種靈活的激光源。通過(guò)調(diào)整激光和機(jī)器參數(shù)，可以輕松改變孔直徑、錐度和間距等重要特征。與傳統(tǒng)方法不同的是，激光鉆孔的特征可以隨時(shí)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(wú)需更換工具。

由于光纖激光器具有眾多優(yōu)點(diǎn)，因此越來(lái)越多地采用光纖激光器制造過(guò)濾器。任何其他技術(shù)都無(wú)法以極高的產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)均勻度極佳的微孔。無(wú)論是為了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)生產(chǎn)，還是為了更好地加工，使用光纖激光器制造過(guò)濾器都是一種越來(lái)越有吸引力的解決方案。