Prilikom odabira mašine za lasersko rezanje keramike, mnogi inženjeri pretpostavljaju da veća apsorpcija lasera automatski znači lakšu obradu. U stvarnosti, učinak laserskog rezanja ovisi o ravnoteži između laserske apsorpcije, toplinske provodljivosti, toplinskog širenja i otpornosti na pukotine.
Iako silicijum nitrid (Si₃N₄) apsorbuje lasersku energiju bolje od glinice (Al₂O₃), on ostaje jedna od najtežih inženjerskih keramika za obradu zbog svoje ekstremne osetljivosti na toplotno opterećenje.
Ovaj članak uspoređuje QCW lasere s vlaknima, 355 nm UV nanosekundne lasere i pikosekundne lasere za industrijsku proizvodnju.
Svojstva materijala koja utiču na lasersko rezanje
| Nekretnina | glinica (Al₂O₃) | Silicijum nitrid (Si₃N₄) | Uticaj na lasersko rezanje |
| 1064 nm apsorpcija | 5–10% | 25–40% | Aluminij često zahtijeva upijajući premaz; Si₃N₄ bolje apsorbira, ali razvija mnogo veći termički stres. |
| 355 nm apsorpcija | 40–50% | 50–65% | UV obrada je efikasna za oba materijala, uz nešto bolju apsorpciju za Si₃N₄. |
| Toplotna ekspanzija | 7–8 ppm/ stepen | 2,8–3,3 ppm/stepen | Manje širenje uzrokuje veće zaostalo naprezanje i rizik od pucanja. |
| Toplotna provodljivost | 22–32 W/m·K | 16–22 W/m·K | Si₃N₄ sporije rasipa toplinu, povećavajući akumulaciju topline. |
1. QCW 1064 nm fiber laser
Alumina
Zreli proizvodni proces
Široki prozor za obradu
Stabilno konturno rezanje
Visoka produktivnost
Glavno ograničenje je niska infracrvena apsorpcija, koja se obično rješava apsorptivnim premazom prije rezanja.
Težina: ★★☆☆☆
Silicijum nitrid
Iako Si₃N₄ bolje apsorbira infracrvenu svjetlost, mnogo je skloniji termičkom pucanju.
Tipični problemi uključuju:
Kroz-debljine mikropukotine
Ivice chipping
Odloženo pucanje
Smanjena brzina rezanja zbog plitkog-skeniranja slojeva
Procesni prozor je znatno uži nego kod glinice.
Težina: ★★★★★
2. 355 nm UV nanosekundni laser
Alumina
UV lasersko rezanje je već zrelo industrijsko rješenje.
Tipične prednosti uključuju:
Small HAZ
Stabilna obrada mikro-rupa
Low chipping
Visok proizvodni prinos
Težina: ★★☆☆☆
Silicijum nitrid
UV laseri uvelike smanjuju termička oštećenja, ali ne mogu u potpunosti eliminirati termički stres.
Industrijska proizvodnja obično zahtijeva:
Veća snaga lasera (20–30 W)
Više-prolazno plitko sečenje
Pomoćni plin za azot{0}}visoke čistoće
Optimizirane strategije hlađenja
U poređenju sa glinicom, vreme obrade je obično 50-100% duže.
Težina: ★★★★☆
3. Pikosekundni laser
Alumina
Pikosekundni laseri pružaju:
Blizu -nulte HAZ
Nema recast sloja
Odličan kvalitet rubova
Stabilna precizna obrada
Težina: ★★☆☆☆
Silicijum nitrid
Ultrakratki impulsi značajno smanjuju stvaranje pukotina, ali Si₃N₄ i dalje zahtijeva:
Niža energija pulsa
Više prolaza za skeniranje
Duže vreme obrade
Efikasnost proizvodnje generalno ostaje 30% niža od glinice.
Težina: ★★★☆☆
Poređenje poteškoća
| Aplikacija | Lakši materijal |
| QCW konturno rezanje | Al₂O₃ |
| UV precizno sečenje | Al₂O₃ |
| Mikro{0}}bušenje rupa | Al₂O₃ |
| Ultra{0}}tanke podloge | Al₂O₃ |
| Pikosekundna precizna obrada | Al₂O₃ (malo) |
Zašto je silicijum nitrid teži?
Najveći izazov nije apsorpcija lasera.
Umjesto toga, silicijum nitrid kombinuje nekoliko nepovoljnih karakteristika:
Niža toplotna provodljivost
Izuzetno nisko termičko širenje
Visoko zaostalo toplotno naprezanje
Veća osjetljivost na pukotine
Uži prozor procesa
Kao rezultat toga, čak i kod UV ili pikosekundnih lasera, proizvođači obično trebaju:
Više reznih prolaza
Manja energija po prolazu
Jače hlađenje
Duže vrijeme obrade
Ovi faktori čine Si₃N₄ znatno težim za obradu od glinice u masovnoj proizvodnji.
Preporučena laserska rješenja
| Aplikacija | Preporučeno rješenje |
| Isplativo{0}}ekonomično rezanje kontura | 150 W QCW Fiber Laser + Alumina |
| Precizna mikro{0}}obrada | 355 nm UV nanosekundni laser |
| Tanke Si₃N₄ podloge | 20–30 W UV laser + više-prolazno rezanje + pomoć dušika |
| Najveća pouzdanost Si₃N₄ komponente | 355 nm pikosekundni laser + napredno hlađenje |
Zaključak
Dok silicijum nitrid apsorbuje lasersku energiju efikasnije od glinice, njegovo slabo odvođenje toplote i izuzetno visoka osetljivost na termički stres čine ga jednom od najizazovnijih keramika za lasersku obradu.
Za industrijsku proizvodnju visokog{0}}prinosa, UV laseri od 355 nm ostaju preferirano rješenje za preciznu obradu Si₃N₄, dok su QCW laseri sa vlaknima prikladniji za visoko-efikasnu obradu glinice.
Trebate lasersko rješenje za naprednu keramiku?
YCLASERspecijalizirana je za precizno lasersko rezanje Al₂O₃, Si₃N₄, AlN, ZrO₂, SiC, DBC i DPC keramičkih podloga. Pružamo besplatno testiranje uzoraka, optimizaciju procesa i prilagođena laserska rješenja za izradu prototipa i masovnu proizvodnju.Kontaktirajte nas da razgovaramo o vašoj prijavi.
