?? 紫外激光切割的核心原理

紫外激光切割機是一種精密加工設備，其核心原理是利用波長為355納米的紫外激光。與長波長的紅外激光相比，紫外激光的單光子能量更高，許多非金屬材料對其吸收率也更好。

它的加工本質是 “冷加工" 或 “光化學裂解" 。高能量密度的紫外激光光束照射到材料表面后，光子能量直接破壞材料內部的分子鍵，使材料局部區域瞬間汽化。這個過程產生的熱量極少，因此能實現對材料的“冷"加工，避免熱效應帶來的損傷。

對于聚酰亞胺（PI）這類材料，紫外激光的光子能量甚至高于其C-C鍵和C-N鍵的鍵能，從而能直接打斷化學鍵，實現高精度的切割。

?? 系統的關鍵組成部分

一臺全自動紫外激光切割機是光、機、電、軟技術的高度集成，主要包括以下幾個核心系統：

• 激光發生系統：核心是全固態紫外激光器，通常采用Nd:YVO4（摻釹釩酸釔）晶體，通過非線性頻率轉換產生355nm紫外激光。激光器的功率、脈沖頻率和脈寬（納秒級別）直接影響加工能力和效果。

• 光束傳輸與控制系統：主要包括：

• 擴束鏡：用于擴大并準直激光光束。

• 高速掃描振鏡：通過兩個反射鏡片的高速偏轉，精確控制激光束在加工面上的運動軌跡，掃描速度最高可達4000mm/s。

• 遠心透鏡：確保激光束在整個掃描范圍內都能保持垂直入射和聚焦光斑的大小一致，是實現高精度加工的關鍵。

• 精密運動與定位系統：

• 采用高精度的直線電機工作臺，定位精度可達微米級（如±2μm）。平臺基座常使用大理石材料，保證穩定性和減震。

• 視覺定位系統（CCD）：通過攝像頭捕捉工件表面的標記，自動校正位置偏差，實現高精度套刻。

• 控制系統與軟件：由工控機統一控制，處理視覺系統的圖像，并協調振鏡、運動平臺等部件。軟件支持導入Gerber、DXF等標準圖紙文件，實現數字化加工。

• 輔助系統：包括冷卻系統（水冷機，為激光器散熱）、抽塵吸附系統（移除加工產生的粉塵和廢氣）等。

? 技術優勢與特點

基于上述原理和構成，紫外激光切割機擁有以下顯著優勢：

• 加工精度高：聚焦光斑直徑可達10微米以下，切縫極小。

• 熱影響區小：近乎“冷加工"，對材料碳化程度低，肉眼通常不可見。

• 加工靈活性好：通過軟件控制，可加工任意圖形，無需模具，特別適合復雜、精細工件和小批量生產。

• 切割質量好：切割邊緣光滑、整齊，無毛刺。

• 易于自動化：一體化設計，可實現全自動上下料和連續生產。

?? 主要應用領域

紫外激光切割機廣泛應用于對精度有苛刻要求的領域，包括：

• 電子行業：FPC/PCB的外形切割、覆蓋膜開窗、鉆孔；晶圓的劃片與切割。

• 半導體行業：切割陶瓷、硅片、IC等脆性材料。

• 其他精密制造：如玻璃、超薄金屬、復合材料、醫療器件等的微細加工。

?? 性能影響因素與發展趨勢

激光切割的性能受多種因素影響。例如，激光器的脈寬對切割質量，尤其是熱影響區大小至關重要，更窄的脈寬（如11ns）能顯著減少碳化和粉塵。同時，需要在切割速度、功率和加工效果之間取得平衡。

未來，紫外激光切割技術正朝著更高功率、更短脈寬、更高效率，以及與自動化生產線更深度融合的方向發展。

?? 總結

總而言之，全自動紫外激光切割機的工作原理核心在于利用高能量紫外光子的“冷加工"效應，通過精密的光路控制、運動平臺和視覺定位，實現對材料的超精細加工。雖然ACCRETECH東京精密的設備可能在此基礎上融入了自身在精密測量與控制領域的技術，但其底層原理是相通的。