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新型自适应飞秒激光加工设备面世,可减少75%生产时间
材料来源:光电汇OESHOW           录入时间:2020/9/15 23:37:49

众所周知,无论是工业级切削刀片、硬币还是手表中的小零件,在制备工艺中都要求有足够高的精度,并要求可以长时间内保持该精度进行加工制造。而荷兰皇家航空公司(Koninklijke Luchtvaart Maatschappij,以下简称KLM公司)最新开发的激光加工中心“E1”,恰好完美承担该任务,就像其测试客户评价的那样,即使使用最坚硬的材料,E1也能完美的攻克。该机器操作简单,已于2020年2月开始提供使用。

图1 测试客户将烧结组件(B04a)的生产时间从8小时(传统的电火花加工和铣削加工)缩短到2小时(使用KLM-E1)

2017年,“E1”还是Ekkehard Alschweig(克恩微技术的工程师,共同所有人和前负责人)的一个想法。两年后,他将机械工程的工作与来自Lightmotif BV公司的荷兰激光专家的工作相结合,创立了KLM Microlaser GmbH来实现他的想法。

KLM E1在2020年初开始提供,作为一台现代高科技的激光加工设备,尤其在模具、工具、钟表零件和硬币行业表现尤为突出。尤其是在小型零件的加工过程中,其在生产率、持续精度、磨损程度、能效和可用性方面具备无与伦比的优势。这主要依赖于KLM E1的几个关键组件:KERN-Evo铣床轴和驱动器、飞秒激光光源、Lightmotif提供的镜面激光光路以及易操作的软件平台,除此之外,为了进一步提高制造精度,还为其增加了“ASPM”(自动光斑+功率测量)和“自适应加工”两个功能。

高端机械工程和飞秒激光

为了保证KLM E1亚微米范围内的精度,在机械构件上选择了整体式结构的矿物铸件支架和XY十字工作台。

而在光学部件上选择了飞秒激光作为其加工光源。与所有的飞秒激光系统一样,E1在去除各种材料时仅产生极少量的热量,并不会引起材料结构的变化,因此可以用于加工处理多种材料;去除深度为0.3 μm~2 μm,保证了E1的精度和准确性。此外,由于飞秒激光不适用于光纤传播,因此选择了反射镜光路来对光线传播路径进行控制。

ASPM功能

所有加工设备,包括E1设备均会收到热量和其他因素的影响,这种影响虽然不会马上产生蠕变效应,但会在工作几个小时或更长时间后,其加工精度便会降低。在使用飞秒激光加工时,经常要面对两个挑战:其一为激光光斑的零点偏移,虽然偏移程度在μm量级,但足以引起光斑偏移和不准确的情况,这就必须通过重新调整导光镜的方式来进行校准;其二为激光的输出功率不会真正的稳定,反射镜及透镜的污染也会造成一定的功率损失,这就会导致材料去除深度发生变化。

为了解决这两个潜在的挑战,E1提出了一种简单有效的解决方案—ASPM,它可以自动启动,也可以按键启动,启动成功后,仅需有2 min便可完成对整个系统的重新校准。

深度精度<+/- 5 µm

E1的另一个亮点是“自适应加工”。飞秒激光去除材料深度最小约为1 μm,但这需要在不同条件下分别定义,自适应加工便是在飞秒激光加工的同时以光学方式测量加工深度,并将实际测量值与目标值进行比较,然后相应地调整激光参数,并确保达到目标深度。

当不使用“自适应加工”功能时,E1的加工深度误差在±3%~5%之间,在0.5 mm的典型去除深度下,其误差一般为±25 μm;当使用“自适应加工”功能时,其深度精度与加工深度无关,精度一般优于±10 μm,最高精度可<±5 μm。

CAD数据传输简单,程序易于启动

应众多客户的要求,KLM公司开发了控制操作软件,尤其是在用户友好型方面做了特殊优化,即可以将CAD程序的数据直接传输到机床控制系统,无需其他计算机的辅助便可自动运行CAD/CAM程序。如果3D模型建立正确无误,仅需几分钟便可生成需去除材料的CAD模型,随后通过简易的设置机器便可开始全自动生产。

测试客户反馈:生产时间减少了75%

一些测试客户已经对制造结果非常满意。例如,一家用于电火花加工和铣削加工的切削刀片制造商,已经使用KLM E1替代传统的冲压工艺来生产碳化物毛坯,其结果显示:以前压制工艺所需8h的生产时间已经减少到2h。


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