Zalety współczesnych laserów predestynują je nie tylko do tradycyjnej obróbki – przede wszystkim cięcia metali i innych materiałów – ale też do zaawansowanych i precyzyjnych procesów, np. spotykanych w mikroelektronice. Nieco uogólniając, można przyjąć, że mikroobróbka laserowa obejmuje procesy analogiczne jak obróbka tradycyjna, tyle że wykonywane w skali mikro.

Procesy mikro

Jednym z najpopularniejszych zastosowań laserów jest tzw. mikroteksturowanie powierzchni, czyli nadawanie jej odpowiednich cech. W praktyce sprowadza się to do zmiany struktury obrabianego materiału (np. utworzenia równomiernie rozłożonych kształtów), dodania dodatkowej warstwy wierzchniej bądź usunięcia w procesie ablacji niewielkiej ilości warstwy z materiału – o głębokości kilku mikrometrów – bez uszkadzania głębiej położonych warstw. Efektem najczęściej jest również zmiana parametrów fizyko-chemicznych obrabianego materiału.

Innym często stosowanym procesem wykonywanym przy użyciu lasera jest mikrowiercenie, w efekcie którego powstają niewielkie dziury o średnicy i głębokości rzędu kilku bądź kilkunastu mikrometrów. Podobnie jak w przypadku tradycyjnego wiercenia przy użyciu lasera mogą tu powstać otwory przelotowe lub zaślepione, o pochylonych bądź równoległych ścianach.

Mikroobróbka laserowa obejmuje też takie procesy jak mikrocięcie, mikrodrążenie, mikrofrezowanie, a nawet mikrospawanie.

Nie tylko do metali

Właściwości laserów sprawiają, że techniki mikroobróbki laserowej mogą być wykorzystywane do bardzo szerokiego spektrum materiałów – nie tylko większości metali (m.in. aluminium, miedzi, stali nierdzewnej, tytanu, chromu) oraz ich stopów, ale też materiałów półprzewodnikowych,
polimerów i tworzyw sztucznych. Przy użyciu lasera można wykonywać także obróbkę ceramiki, szkła, diamentu, skóry, drewna, kamienia czy korka. Mikroobróbka laserowa bardzo dobrze sprawdza się w przypadku materiałów o różnych kształtach – od blach o różnej grubości, poprzez rury, po detale o skomplikowanej geometrii.

Trzeba jednak pamiętać, że nie wszystkie materiały są podatne na każdy rodzaj obróbki laserowej. Na przykład na kamieniu można wykonać grawerowanie laserowe, ale nie nadaje się on do cięcia laserem. Duża rozbieżność parametrów materiałów, które mogą być poddawane mikroobróbce laserowej, sprawia, że niezwykle ważny jest dobór odpowiedniego lasera do konkretnego zastosowania. Do elementów metalowych optymalny jest laser fiber, ale już np. do drewna lub kauczuku zdecydowanie lepiej wybrać laser CO2.

Szereg zalet

Rosnąca popularność laserów wykorzystywanych do obróbki różnych powierzchni to wynik m.in. wysokiej precyzji lasera oraz dokładności i powtarzalności tej formy obróbki, zwłaszcza przy wykonywaniu mikrostruktur. Ponadto wiązka laserowa przemieszcza się z większą prędkością niż tradycyjne narzędzie w typowych maszynach obróbczych. Mikroobróbka charakteryzuje się także bardzo niewielkim stopniem uszkodzeń obrabianego materiału, co dodatkowo zwiększa efektywność procesu.

Do istotnych zalet mikroobróbki laserowej można zaliczyć także niewielki stopień skomplikowania tej metody, a także możliwość nadawania wielorakich kształtów detalom o różnych wymiarach.

Każda technologia obok zalet ma także swoje wady. W tym wypadku największym ograniczeniem wydaje się dość wysoka cena nabycia i instalacji urządzenia do mikroobróbki, a następnie koszty serwisowania. Można jednak mieć nadzieję, że rosnąca popularność tej technologii będzie wpływać na jej upowszechnianie się, co z kolei powinno pociągnąć za sobą obniżkę cen.

Ważny dobór lasera

Lasery już dawno wyszły z laboratoriów i znalazły swoje miejsce w zastosowaniach przemysłowych. Mikroobróbka laserowa obecnie najczęściej stosowana jest w elektronice przy produkcji układów elektronicznych i półprzewodników, w fotowoltaice przy wytwarzaniu ogniw słonecznych, a także w przemyśle medycznym i mechanice precyzyjnej. Coraz częściej też sięgają po tę formę obróbki przedsiębiorstwa z branży automotive, a nawet przemysłu tytoniowego.

W zależności od procesu obróbczego i obrabianego materiału, w tym jego grubości, należy dobrać rodzaj lasera oraz jego podstawowe parametry. Zaliczamy do nich m.in.: moc wiązki laserowej, częstotliwość generowania impulsów, długość fali światła laserowego, jakość wiązki oraz gęstość energii w pojedynczym impulsie. Co ważne, często w konkretnym procesie obróbczym można zastosować wiele laserów o różnych parametrach, ale tylko przy niektórych dany proces będzie miał optymalny przebieg i efekt.

Do typowych zastosowań przemysłowych związanych z mikroobróbką najczęściej wykorzystuje się lasery impulsowe na ciele stałym (np. Nd:YAG), które emitują impulsy nanosekundowe. Jeżeli istotne jest jak najkrótsze oddziaływanie ciepła na obrabianą powierzchnię w celu uzyskania lepszej jakości krawędzi, zaleca się stosowanie laserów emitujących impulsy w zakresie pikobądź femtosekund. Osobną grupę stanowią lasery światłowodowe UV o dużo większej sprawności i niezawodności.