1、前言
二氧化碳雷射器是目前連續輸出功率較高的一種雷射,它發展較早,商業產品較為成熟,被廣泛應用到材料加工、醫療使用、軍事武器、環境量測等各個領域。在雷射的發展和應用方面,CO2雷射器的製作和應用較早也較多,早在1970年代末期,就有從國外直接進口CO2雷射器,從事工業加工和醫療等應用。從80年代末期開始,CO2雷射器被廣泛引進並應用在在材料加工領域。
近年來CO2雷射加工設備雖然漸趨普及,但雷射畢竟是一種新的工具,雷射加工技術亦不同於傳統的加工方法,所以工業界在引進使用CO2雷射器的過程中,曾經遇到各種各樣的問題,給很多廠商造成不少困擾。本文針對CO2雷射器在不同領域的應用狀況及其演變作以分析,並提出在使用CO2雷射器過程中,常面臨的一些問題,按照CO2雷射器功率大小分類,闡述其在各個產業上的應用狀況及演變情況,列舉CO2雷射應用者會面對的主要問題並加以分析,最後對CO2雷射應用的未來提出展望。
2、工業CO2雷射應用與發展
為了比較詳細完整的介紹CO2雷射加工的應用狀況,按其使用成本,本文以雷射輸出功率範圍(小於200瓦,介於200到1600瓦間和大於1600瓦以上)作為劃分標準,逐一介紹它在各個領域的應用情況。
2.1低功率(小於200瓦)CO2雷射的應用
早期進口和製造的CO2雷射機器,均為小於200瓦的低功率雷射器。主要為電子工業(如電阻製造、IC標誌)、非金屬加工業(竹木雕、服飾、製鞋、飾品製造等)和部份醫療和研究單位所使用。
將CO2雷射束透過一個光罩,聚焦於IC或半導體組件上作標誌,這種CO2雷射主要皆為TEA脈衝式。但隨著標誌加工速度的要求越來越快,加工品質的要求越來越高,以及固體雷射的快速發展,最近新引進的標誌加工用雷射,已逐漸被固體的YAG雷射所取代。
用鏤空的銅模罩住要雕刻的非金屬材料,然後用CO2雷射束在銅模上作快速掃瞄,即可在該材料上雕刻出複雜的圖案。雕刻對象為木材、壓克力、皮革和紙張等,另外也可以應用到雕刻特有的手工藝品,如竹片雕刻、軟木浮雕、貝殼浮雕等。最近幾年已轉型用密封式CO2雷射,直接以掃瞄振鏡作少量多變化的禮品雕刻,以提高產品的附加價值。
成衣和製鞋業曾經引領風騷十數年,也是引進國外或採用自產的低功率CO2雷射加工較早的成功典型,主要是以50瓦雷射來裁切製衣服用的馬克板和鞋子樣板,僅用於開發或少量多樣的生產,故數量有限。也有少數150瓦左右的CO2雷射直接作皮衣、皮件等生產用。另外計算機刺繡業有以雷射配合CCD取樣,直接將刺繡在一大張上的眾多圖案一一裁下。但是隨著兩種產業的外移和萎縮,CO2雷射器在這方面的應用也沒有增加。而採用低功率CO2雷射來裁切家具或飾品上的裝潢用薄樹皮持續增長,主要結合造型設計和後段生產,附加價值較高。