Mikroobrábanie – Ako opracovávame miniatúrne súčasti laserom

Laserový lúč je bezkontaktný nástroj, ktorý možno použiť u mnohých aplikácií, ako je rezanie, zváranie, 3D tlač, kalenie, čistenie alebo práve mikroobrábanie. Laser sa využíva v rôznych oblastiach výroby, kde nestačia konvenčné technológie alebo ich nie je možné aplikovať. Klasické metódy obrábania v poslednej dobe nemusia spĺňať stále prísnejšie požiadavky na rýchlosť aj kvalitu spracovania materiálu, a hlavne ekologickú náročnosť procesu. Laserové mikroobrábanie sa radí medzi procesy, kde je uberanie materiálu vykonané tepelným účinkom.

Laserové mikroobrábanie je technológia, pri ktorej sa materiál odoberá v mieste dopadu lúča laseru. Lúč pôsobí na veľmi malú plochu obrábaného materiálu a je charakteristický vysokou intenzitou žiarenia. Materiál v mieste dopadu lúča sa veľmi rýchlo zahreje následne sa odparí, tepelné ovplyvnenie okolitého materiálu je minimálne. Táto technológia sa používa buď ako pomocný nástroj ku klasickému obrábaniu alebo ako priama technológia obrábania materiálu.

Spôsoby mikroobrábania

• Štruktúrovanie

Štruktúrovaním sa na povrchu vytvára pravidelná geometria, hĺbka štruktúry je len niekoľko mikrometrov. Používa sa na výrobu solárnych panelov a článkov alebo pre zlepšenie klzných vlastností vďaka schopnosti jednotlivých spotov udržať mazivo. 

• Odber materiálu

Odber materiálu vzniká vysoko fokusovaným lúčom. Absorbované lúče lokálne zahrejú materiál, natavia ho a potom sa materiál začne odparovať. V mieste dopadu lúča sa vytvára otvor.

• Vŕtanie

Pri vŕtaní je povrch zahrievaný rýchlosťou 10¹⁰ °C.s^-1, materiál je okamžite odparený a následne preniká lúč hlbšie.

Vlastnosti povrchu po mikroobrábaní laserom

U laserového mikroobrábania je nutné mať nastavený pulzný režim s vysokým špičkovým výkonom. Dĺžka pulzu závisí od typu laseru, pre obrábanie sa používajú nanosekundové, pikosekundové a femtosekundové laserové zdroje. Pri tomto type obrábania je nutné brať ohľad na absorpciu materiálu, a preto je vhodné použitie laserov o nižšej vlnovej dĺžke 335 – 532 nm. Drsnosť povrchu po mikroobrábaní sa pohybuje okolo 0.5 Ra. Každý impulz vytvorí dutinu s rozmermi zvyčajne 10 mikrometrov. U laserového obrábania je možné nastaviť frekvenciu, impulzy lampy, prúd, šírku impulzu a typ plynu.

Pôsobenie na okolitý materiál

Laserom možno obrábať aj materiály veľmi citlivé na teplo, ktoré by zvýšená teplota mohla poškodiť a spôsobiť štruktúrne zmeny na povrchu materiálu. U tohto typu spracovania materiálu nedochádza k príliš výraznému prenosu tepla do okolitého materiálu.

Rozdiel medzi mikroobrábaním a gravírovaním

Rozdiel medzi mikroobrábaním a gravírovaním je v množstve odoberaného materiálu a presnosti obrábania. Pri gravírovaní je dôležitý výsledný vzhľad povrchu a používa sa predovšetkým pre značenie a popisovanie výrobkov.

Porovnanie jednotlivých technológií mikroobrábania:

Obrábané materiály

Niektoré materiály sú ťažko obrobiteľné klasickými metódami, oproti tomu laserový lúč zvláda obrábať aj tie najtvrdšie materiály. Používa sa na mnoho rôznych kovových i nekovových materiálov ako sú hliník, meď, mosadz, titán, kremík, sklo, keramika, polyméry, karbón, kevlar, karbid volfrámu aj diamant.

Využitie laserového mikroobrábania

Táto progresívna technológia je už často využívaná v medicíne (výroba dentálnych nástrojov), v elektropriemysle (komponenty základných dosiek, procesory), letectvo (vŕtanie dier chladiacich otvorov lopatiek), optický priemysel, hodinárstvo, šperky a mnoho ďalších.

Výhody použitia laserového mikroobrábania

Veľkou výhodou použitia progresívnych metód obrábania, ktoré využívajú k odberu materiálu inú ako mechanickú energiu, je vyriešenie problému s opotrebením nástrojov pri obrábaní. Ďalším bonusom je opracovaný povrch bez vzniku otrepov alebo rysiek. Pri tejto technológii obrábania nie je materiál odoberaný zrno po zrne, nedochádza teda k degradácii väzobného materiálu.