以激光纹理为依托的混合型雕刻加工

在圣保罗雕刻公司总裁John Seiberlich看来，利用化学和五轴激光纹理加工，生成曾被认为无法实现的图案，是在今天的市场竞争中获胜的关键。这家位于美国明尼苏达州斯特西的公司，采用上述的混合型工艺，能比竞争对手更快、更经济地生成图案。将激光和化学工艺串起来使用，可以创建复杂的图案，还能简化化学雕刻。
在此流程中，首先用五轴激光器设计出应用所需的图案，然后用化学蚀刻技术，将图案精确、可重复地应用于复杂的几何形状。

随着客户的应用需求越来越复杂，圣保罗雕刻公司增加了五轴激光技术。Seiberlich表示：激光器使公司能够保证极其严格的公差及精确的图案重复性。五轴激光技术帮助圣保罗雕刻公司扩大了客户群，因为他们现在可以制出尺寸小至0.038mm的图案细节，0.18mm高的字母，这是足以覆盖全地形车（ATV）车顶的纹理。

Bryan O'Neill将钛合金螺钉植入物装入LASER S 600 U。

这款零件有详细的骨整合图案，只能通过激光纹理工艺制作。

“对我们而言，激光和化学工艺彼此之间并没有竞争关系，”Seiberlich说，“我们唯一需要化学蚀刻的时候，是零件的特色形状挡住了激光束，使其无法击中目标表面的时候。不能击到表面，就不能进行激光加工。面对除此以外的加工情况时，我们的首选都是激光工艺。”

圣保罗雕刻公司的激光纹理系统LASER P 1000、LASER P 1200和LASER S 600，均来自瑞士GF加工方案，其美国总部位于伊利诺伊州林肯郡。GF公司介绍说：LASER S 600是其最新款机型，配有特色的双激光源Flexipulse技术以及Z-focus移位器，可以改善表面光洁度，在个别应用案例中，它甚至可以将加工时间减少40%。

双光源的灵活性

配有双激光源的Flexipulse技术，脉冲持续时间可调整4-200纳秒，并能在100W和30W的光源之间切换，从而改善表面光洁度。GF公司强调，在一台机器上设置一次就能完成多种应用。Flexipulse激光源，适于加工各种材料，包括钢、铝、石墨、铜、陶瓷、玻璃、蓝宝石以及聚合物。利用Flexipulse技术，圣保罗雕刻公司可以延长或缩短光束的脉冲宽度，获得更多的可用能量，减少灼烧，实现更好的表面光洁度、更快的去除率，整体上减少生产时间。

这家工厂的LASER S 600和LASER P 1000，在WorkPartner 1+ System 3R单元中一起执行加工作业。这个单元里的机器人，会在LASER P 1000上装载大型Dynafix托盘，在P 1000和S 600上装载较轻的Macro托盘，这个单元的总容量是10个Dynafix托盘、90个Macro托盘。

圣保罗雕刻公司生成的图案是化学蚀刻不可能做到的，

其中许多图案是商标或标识。他们转而采用GF加工方案

的五轴激光纹理技术，将这些图案稳定地复刻出来。

副总裁Bryan O'Neill说，公司一开始仅在其LASER P 1000上简单进行托盘更换，但很快就意识到要扩大生产能力，需要设置双机单元。现在，公司可以为客户提供一周7天每天24小时的连续生产，允许同时设置多个零件，同时运行多项加工任务。在正确的零件配置下，一个托盘上运行多项作业，再在机器上装载几个托盘，就能进行大批量生产。“尽管我们可以将激光与化学蚀刻工艺混合了起来，但有些图案只能采用激光加工工艺，比如用于小型医疗部件（如钛螺钉植入物）的骨整合详细图案，”O'Neill说，“因为在此项加工中，很难控制化学蚀刻中要用到的酸，还涉及材料、尺寸、图案深度以及细节限制。”O'Neill还指出，由于公司可以快速生成化学蚀刻无法实现的独特图案，越来越多的客户开始在产品设计方面推陈出新。很多时候要加工的图案是商标或标志。公司使用五轴激光纹理技术，可以稳定地制出这些图案。

圣保罗雕刻公司每年约完成2000个项目，服务于医疗、消费品、枪支、包装、汽车、休闲车以及重型设备市场。公司专门从事零件标记、雕刻，以及在模具表面和单个部件上进行纹理加工，加工量从一到数千个零件不等。

O'Neill说：“激光加工零件的时间从几分钟到几天不等，比较典型的是1-8小时。”采用化学蚀刻工艺是种权衡。要加工一个25分美元硬币大小的零件，激光纹理比化学蚀刻快。随着零件表面越来越大，化学蚀刻需要的时间会越来越少，但在准备方面需要更多工作。“另外，在化学蚀刻中，化学品在零件上停留的时间会影响蚀刻深度，而激光的扫描速度和功率设置能够更精确地控制雕刻深度。”

五轴的力量

圣保罗雕刻公司在第一台五轴激光器问世时便马不停蹄的投资购买了它，这要归功于它在20多年前便开始了对激光雕刻商标、文字以及更小纹理技术的投资。O'Neill说，这些年来，激光源本身变化并不大，但机器和软件的功能却发生了变化。“GF公司的LASER机器和五轴软件，使我们很容易就能用现有的激光和纹理工艺知识来编程、实现复杂的纹理。”

他解释说：“简单地说，这款软件允许我们采用灰度纹理，将其应用于网格，渲染图案，并以数字方式将其置于零件表面。我们在软件中‘压平’被纹理化的表面，创建图案，然后用程序将压平的网格铺开，包裹在零件表面。如果使用化学蚀刻，我们就必须将图案铺在一起，再修整接缝。但是激光机软件却能将图案完美无缝地裹在任何几何形状上。”

圣保罗雕刻公司的成功工艺，使其近年来年增长率始终保持10%-20%。然而为了确保效率，公司一直力求将增长速度保持在一个可控的范围内。

 “出去找业务当然好，但如果我们不能及时完成加工任务，也是徒劳，”Seiberlich强调，“导致无法及时完成加工任务的一大原因，是很难找到熟练的劳动力。但幸运的是，我们的激光纹理机将这一流程自动化了，激光机帮助我们在现有的劳动力的基础上完成了更多的加工任务。同时我们也在不断地评估机器的产能。如果以后需求增多了，我们也会投资更多的激光系统，大型、小型都投。无论我们去哪里进行加工作业，GF公司的技术都是我们的坚实后盾。”

（本文所有图片均由圣保罗雕刻公司和GF加工方案提供）
本文由GF加工方案供稿

来源：荣格-《国际金属加工商情》

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