Mikroobrábění – Jak opracováváme miniaturní součásti laserem

­Laserový paprsek je bezkontaktní nástroj, který lze použít u mnoha aplikací, jako je řezání, svařování, 3D tisk, kalení, čištění nebo právě mikroobrábění. Laser se využívá v různých oblastech výroby, kde nestačí konvenční technologie nebo je není možné aplikovat. Klasické metody obrábění v poslední době nemusí splňovat stále přísnější požadavky na rychlost i kvalitu zpracování materiálu, a hlavně ekologickou náročnost procesu. Laserové mikroobrábění se řadí mezi procesy, kde je úběr materiálu proveden tepelným účinkem.

Laserové mikroobrábění je technologie, při které se materiál odebírá v místě dopadu paprsku laseru. Paprsek působí na velmi malou plochu obráběného materiálu a je charakteristický vysokou intenzitou záření. Materiál v místě dopadu paprsku se zahřeje při vysoké rychlosti a je odpařen, přičemž nevzniká příliš velké tepelné ovlivnění okolního materiálu. Tato technologie se používá, buď jako pomocný nástroj ke klasickému obrábění nebo jako přímá technologie obrábění materiálu.

Způsoby mikroobrábění

• Strukturování

Strukturováním se na povrchu vytváří pravidelná geometrie, hloubka struktury je pouze několik mikrometrů. Používá se na výrobu solárních panelů a článků nebo pro zlepšení kluzných vlastností, protože jsou jednotlivé spoty schopny držet mazivo.

• Úběr materiálu

Úběr materiálu vzniká vysoce fokusovaným paprskem.  Absorbované paprsky lokálně ohřejí materiál, nataví jej a poté se materiál začne odpařovat. V místě dopadu paprsku se vytváří otvor.

• Vrtání

Při vrtání je povrch zahříván rychlostí 10¹⁰ °C.s^-1, materiál je odpařen a následně proniká paprsek hlouběji.

Vlastnosti povrchu po mikroobrábění laserem

U laserového mikroobrábění je nutné mít nastaven pulsní režim s vysoce špičkovým výkonem. Délka pulzu závisí na typu laseru, pro obrábění se užívají nanosekundové, pikosekundové a femtosekundové  laserové zdroje. Při tomto typu obrábění je nutné brát ohled na absorpci materiálu, a proto je vhodné použití laserů o nižší vlnové délce 335 – 532 nm. Drsnost povrchu po mikroobrábění se pohybuje kolem 0,5 Ra. Každý impuls vytvoří prohlubeninu o rozměrech obvykle 10 μm. U laserového obrábění lze nastavit frekvence, impulsy lampy, proud, šířku impulsu a typ plynu.

Působení na okolní materiál

Laserem lze obrábět i velmi citlivé materiály na teplo, které by zvýšená teplota mohla poškodit a způsobit strukturní změny v povrchu materiálu. U tohoto typu zpracování materiálu nedochází k příliš výraznému přenosu tepla do okolního materiálu.

Rozdíl mezi mikroobráběním a gravírováním

Rozdíl mezi mikroobráběním a gravírováním je v množství odebíraného materiálu a přesnosti obrábění. Při gravírování je důležitý výsledný vzhled povrchu a používá se především pro značení a popisování výrobků.

Porovnání jednotlivých technologií mikroobrábění:

Obráběné materiály

Některé materiály jsou těžce obrobitelné pro klasické metody obrábění, laserový paprsek zvládá obrábět i ty nejtvrdší materiály.  Používá se na mnoho různých kovových i nekovových materiálů jako jsou hliník, měď, mosaz, titan, křemík, sklo, keramika, polymery, karbon, kevlar, karbid wolframu i diamant.

Použití laserového mikroobrábění

Tato progresivní technologie je již často využívána v medicíně (výroba dentálních nástrojů), v elektroprůmyslu (komponenty základních desek, procesory), letectví (vrtání děr chladicích otvorů lopatek), optický průmysl, hodinářství, šperky a mnoho dalších.

Výhody použití laserového mikroobrábění

Velikou výhodou použití progresivních metod obrábění, které využívají k úběru materiálu jinou než mechanickou energii, je řešení problému s opotřebením nástrojů při obrábění. Dalším bonusem je obrobený povrch bez vzniku otřepů nebo rysek. Při této technologii obrábění není materiál odebírán zrno po zrnu, nedochází tedy k degradaci vazebního materiálu.