利用雷射雕刻技術使不鏽鋼與鈦板變成色彩繽紛的畫布 張佑祥*、楊捷、林冠廷、陳玠錡 工業技術研究院 機械與機電系統研究所 *yhchang@itri.org.tw 摘要 不鏽鋼與鈦都是日常生活中很廣泛被應用的材料，其中不鏽鋼是含有鉻的鐵合金之總稱，則鈦是被認為是一種稀有金屬。由於不鏽鋼與鈦的具有良好的耐腐蝕性、機械強度、延展度與加工性。然而，不鏽鋼的組成大多以鐵合金為主體，通常是含有10%~30%的鉻以及含有不同比例的鎳、鉬、鈦、鋁、銅、氮、硫、磷和硒元素所組成的合金鋼，因此一般工業界會依照各種應用的需求調整其在合金中的比例，來符合相關之應用。鈦則有「太空金屬」的美譽，因為鈦除了具有耐腐蝕等特性之外，更重要的是鈦還具有重量輕、強度高、生物相容性、具金屬光澤等特性，因此被廣泛利用在航太工業、醫學界、汽車工業與建材和塗料產業，應用程度可算是十分多元。本文希望以科普的角度，來說明雷射加工技術在不鏽鋼與鈦材料上的技術簡介與工業應用，並搭配實際樣品的製作，讓讀者了解不鏽鋼與鈦材料也是可以透過雷射雕刻技術變成色彩繽紛的美麗畫布。       雷射加工簡介 雷射器依照產生雷射的媒介物質可分為液體雷射、氣體雷射和固體雷射，又可依照工作狀態區分為連續雷射或是脈衝雷射，應用於加工領域時則依照工件特性及加工類型選擇對應的雷射機台。然而，應用於工業領域的低功率雷射機台多用於雷射雕刻、材料改質、材料固化及非接觸性量測等領域；高功率雷射機台則使用於鑽孔、切割、焊接等破壞性加工為主。因此，雷射加工在加工領域中屬於擁有較高客製化之彈性及易於調整製程參數，但其缺點在於量產的速度較慢，須由特殊的雷射機台設計來增加生產效率。雷射加工尤其在精密鑽孔及雕刻上佔有舉足輕重的地位，其高精密度特性及穩定輸出能力，使其能廣泛應用於工業產業，且不易被取代。       樣品製作 實驗器材與雷射參數表(示範) 1.     304不鏽鋼板(厚度0.8mm) 2.     鈦板(第2級) 3.     雷射機台參數 雷射光源：Nd:YVO4 頻率：75kHz 雷射能量：2.5W 雷射光波長：1064nm 雷射光點大小：38um 點雕刻時間：0.1ms 雷射脈衝寬度：10ns 雷射雕刻路徑間距：20um 雷射掃描速度：45~190mm/s 實驗步驟 1.     先將304不鏽鋼板與鈦板分別利用75%的酒精水溶液進行表面擦拭。 2.     將圖形利用AutoCAD程式，將圖形繪製完成。 3.     再將圖檔匯入雷射機台內，並設定雷射雕刻加工參數。 4.     將304不鏽鋼板與鈦板分別進行雷射雕刻加工。 5.     樣品完成製作。   實驗機台架構簡介 本實驗使用的機台為工研院機械所與廠商共同開發的實驗用雛型機台，機台的內部結構包含雷射源(Radiation source)、電源供應器與控制模組(Power & control module)、光纖模組(optical fiber)、雷射擴束器(Beam expander)、導引雷射模組(Guide laser module)、掃瞄控制模組(Scanner control unit)、旋轉鏡組(Rotating […]