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Nd-YAG 雷射加工於 透明硬脆材料

Nd-YAG 雷射加工於 透明硬脆材料. 利用 Nd-YAG 雷射誘發金屬蒸氣、電漿，對透明材料進行孔洞加工研究。 Nd-YAG 雷射加工機，為脈衝式雷射，波長為 1064nm 。. 熱影像觀察結果. 雷射誘發金屬蒸氣、電漿之現象觀察. F.P. ： -4mm. 最佳化調整後. t ： 0 s. t ： 0.033 s. t ： 0.066 s. 加工開始. t ： 0.099 s. t ： 0.132 s. t ： 0.165 s. t ： 0.198 s. 加工結束. 2mm. 2mm. 2mm. 2mm. 2mm. 2mm. 2mm.

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Nd-YAG 雷射加工於 透明硬脆材料

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Presentation Transcript

  1. Nd-YAG雷射加工於透明硬脆材料

  2. 利用Nd-YAG雷射誘發金屬蒸氣、電漿，對透明材料進行孔洞加工研究。利用Nd-YAG雷射誘發金屬蒸氣、電漿，對透明材料進行孔洞加工研究。 • Nd-YAG雷射加工機，為脈衝式雷射，波長為1064nm。

  3. 熱影像觀察結果 雷射誘發金屬蒸氣、電漿之現象觀察 F.P.：-4mm 最佳化調整後 t：0 s t：0.033 s t：0.066 s 加工開始 t：0.099 s t：0.132 s t：0.165 s t：0.198 s 加工結束

  4. 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 溫度場變化之畫面 熱影像觀察結果 雷射誘發金屬蒸氣、電漿之現象觀察 F.P.：0mm 最佳化調整前 t：0 s t：0.033 s t：0.066 s 加工開始 加工結束 最佳化調整後 t：0 s t：0.033 s t：0.066 s

  5. 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 雷射誘發金屬蒸氣、電漿之現象觀察 熱影像觀察結果 F.P.：2mm 最佳化調整前 t：0 s t：0.033 s t：0.066 s 加工開始 加工結束 最佳化調整後 t：0 s t：0.033 s t：0.066 s

  6. 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 2mm 雷射誘發金屬蒸氣、電漿之現象觀察 熱影像觀察結果 F.P.：4mm 最佳化調整前 t：0 s t：0.033 s t：0.066 s 加工開始 加工結束 最佳化調整後 t：0 s t：0.033 s t：0.066 s

  7. 高倍速拍攝結果 雷射誘發金屬蒸氣、電漿之現象觀察 拍攝影片之觀察 藉由高倍速攝影之觀察，可以更了解金屬蒸氣團之型態 觀察之分析 圖像中第一張亮點至蒸氣團上衝之張數 x 0.0001s 雷射誘發時間： 圖像中第一張亮點開始至亮點消失之張數 x 0.0001s 現象存在時間： 利用尺規做為一基準點，以蒸氣團到達之時間計算 蒸氣團速度：

  8. 5mm 2mm 綜合結果分析 雷射誘發金屬蒸氣、電漿之現象觀察 F.P.：-4mm F.P.：6mm

  9. 雷 射 穿 透 步 驟 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 穿透過程 雷射光束從雷射槍頭發出，穿透鈉玻璃，抵達鈦金屬表面，並進行光及熱的交互作用，而誘發鈦金屬蒸氣團 雷射 鈉玻璃 鈦金屬 b. 光束到達上表面 c.光束穿透至下表面 d.雷射進行熱加工 a. 產生雷射光束

  10. 金屬蒸氣團 蒸氣團加工步驟 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 加工過程 雷射誘發金屬蒸氣團後，產生之蒸氣團由鈦金屬表面朝鈉玻璃下表面方向噴出，使鈉玻璃背面逐被蒸氣團所加工 雷射光束 玻璃 鈦金屬 a. 雷射照射金屬基材 b. 誘發金屬蒸氣團 c. 金屬蒸氣團進行加工 d. 蒸氣團消失

  11. 準 備 步 驟 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 實驗材料 金屬基材：鈦金屬 透明材料：一般鈉玻璃，厚度2mm 鈉玻璃 Ti金屬 50mm 30mm 58mm 50mm

  12. Negative Zero Positive 5mm 5mm F.P. F.P.：-5mm F.P.：5mm F.P.：0mm 加 工 參 數 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 雷射加工機能量設定 聚焦位置： 「F.P.」(Focal Position)聚焦點 取F.P.：0mm、2mm、4mm進行實驗加工。

  13. 玻璃 加工屑 加工屑 鈦金屬 t=0s t=0.0001s a.第一次加工屑噴出 t=0.0008s t=0.0003s b.第二次加工屑噴出 t=0.0015s t=0.0023s c.第三次加工屑噴出 t=0.0031s t=0.0033s d.第四次加工屑噴出 加工過程之觀察 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 高倍速攝影機之觀察 F.P.：0mm

  14. 加工過程之觀察 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 高倍速攝影機之觀察 F.P.：2mm 加工屑 玻璃 鈦金屬 t=0s t=0.0013s a.第一次加工屑噴出 加工屑 t=0.0046s t=0.0045s b.第二次加工屑噴出 t=0.0086s t=0.0083s c.第三次加工屑噴出

  15. 加工屑 玻璃 鈦金屬 t=0s t=0.0014s a.第一次加工屑噴出 加工屑 t=0.0032s t=0.0024s b.第二次加工屑噴出 t=0.0037s t=0.0035s c.第三次加工屑噴出 加工至第一表面 鈦金屬 t=0.0049s t=0.0051s d.貫穿玻璃 加工過程之觀察 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 高倍速攝影機之觀察 F.P.：4mm

  16. F.P.：0mm F.P.：4mm t=0s t=0.0014s t=0.0013s ψ= 1500μm ψ= 444.5μm ψ= 666.5μm 加工結果 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 結果 第一次發生材料去除時間 側面端所量測近入口之孔徑 玻璃加工之結果

  17. 實驗材料 玻璃孔洞剖面之觀察 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 玻璃孔洞剖面觀察 Microscope Slides，尺寸為25.4×76.2mm，厚度為1mm-1.2mm 熱影響層 孔洞之周圍都有熱影響層存在，其範圍約在150μm到200μm左右 熱影響層 1.1mm 熱影響層 熱影響層 890μm 237μm 571μm 490μm 318μm a. F.P.：0mm b. F.P.：1mm c. F.P.：2mm 熱影響層 熱影響層 熱影響層 熱影響層 129μm 706μm 230μm 263μm 389μm d. F.P.：3mm e. F.P.：4mm f. F.P.：5mm g. F.P.：6mm

  18. 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 玻璃對雷射10%吸收率之實驗 測試方法：單獨對Microscope Slides進行加工 鈦金屬 雷射光 步驟一 步驟二 加工位置 F.P.：0 Microscope Slides 步驟一：氦氖雷射聚焦 於鈦金屬表面 步驟二：將氦氖雷射移 至加工位置 測試參數：F.P.：0mm~F.P.：5mm

  19. F.P.：4mm F.P.：3mm 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 玻璃對雷射10%吸收率之實驗結果 觀察方法：利用SEM進行玻璃表面觀察 結 果：只有F.P：3mm及4mm時，Microscope Slides表面出現 加工之效果，加工區之範圍約在80μm 結果分析：加工之現象屬於玻璃吸收了雷射之能量後， 所產生之重熔而造成

  20. A A B B 透 明 物 體 加 工 之 實 驗 玻璃孔洞加工之機制 機制之探討 「A」：玻璃上面加工區為玻璃材料對Nd-YAG雷射10%之 吸收所產生 「B」：玻璃背面加工區為Nd-YAG雷射90%穿透至鈦金屬， 而鈦金屬蒸氣團所產生

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