纳飞光电皮秒激光器在高质量切割PBO纤维的应用
被誉为“21世纪超级纤维”的pbo纤维,是一种具有高强度、高模量、高耐热、抗燃性好、耐磨擦、低密度的合成纤维,并且质轻而柔软,是理想的纺织原料,也是航空航天、武器装备和其他尖端科技领域广泛应用的原材料。
PBO这类纤维复合材料整体优良的特性,在带来优良力学性能和广阔应用场景的同时,对加工也提出了很多要求。据了解,PBO纤维的“断离”方式主要以传统机械加工为主,容易出现刀具磨损、纤维损伤、基体结构应力破坏以及加工柔性差等问题,难以满足一些对高精度装配所需的高品质切割要求。
激光加工有望克服以上难题,尤其是超短脉冲皮秒激光的冷加工,切割效果好,速度快,无机械应力也能保护材料本身,是可靠的加工利刃。

广义上的激光加工是利用聚焦的高能量密度激光束照射材料,使其迅速熔化、汽化或化学降解,从而实现材料分离,达到加工目的。超短脉冲的皮秒激光加工则是通过极短的时间内将能量注入到加工材料表面,随着脉冲能量急剧上升,高功率密度足以剥离外层电子。材料很快被加热至汽化温度并形成孔洞,当光束相对对材料有序移动,连续的孔洞逐渐形成切缝,同时借助与光束同轴的高速辅助气流吹除从本体剥离的物质,从而实现工件的切割。由于脉冲时间短,能量来不及积累就消散,不会给周围的材料带来热影响,因此超短脉冲的皮秒激光加工也被称为“冷加工”。

基于工业上对皮秒激光器的需求,纳飞光电研发设计了1064nm工业级皮秒激光器,它的主要特点是“三高一短”:
稳定性非常高,脉冲稳定性和功率稳定性均小于1%RMS,有利于持久稳定的输出;
输出功率高,超过30w,同时带来超过300uj 的单脉冲能量,有利于提高加工效率;
光束质量高(M2<1.3),聚焦后的光斑直径达到微米量级,可以进行高精细的加工;
脉宽短,仅为10ps左右,“冷”加工的效果更好,保护材料免受热影响。

此外,除了激光器本身的优良特性为工业精细加工赋能外,通过外部光学组建的加持,也能进一步提质增效,通过扫描振镜的应用还可以实现超快的扫描速度和复杂的扫描路径,大大提高激光加工速度和加工柔性。