Myšlenka uplatnit laser k obrábění provází technologické lasery od samého počátku jejich vývoje. Jejich význam spočívá ve dvou hlavních směrech. Jako podpůrný nástroj pro klasické metody obrábění a jako přímý výrobní nástroj ve vlastní technologii, nehledě na další měřicí a kontrolní aplikace, související obecně s technologií obrábění a stavbou obráběcího stroje. Tak jak pokračuje vývoj laseru, kvality jeho paprsku a hustoty výkonu, dostávají se do popředí zájmu způsoby obrábění a mikroobrábění především na bázi laserů s vyzařováním ultrakrátkých pulzů, dnes už s délkou až v řádu ps a fs, někdy nazývaných i jako studené lasery. Při tak krátkém pulzu, kdy ještě nestačí dojít u zpracovávaného materiálu k jevu vedení tepla, umožňují zpracovávat i na teplotu natolik citlivé materiály, kde by jinak zvýšená teplota mohla působit na změnu struktury materiálu. Vysoký výkon v pulzu, ve špičce dosahující hodnoty až stovek MW, působí přitom při tak malé délce pulzu na absorpci materiálu takovým způsobem, že i řada materiálů, které se jevily pro laserový paprsek původně jako transparentní, může být při novém způsobu laserem opracovávána. Obecně není druh materiálu při tomto způsobu opracování nijak omezen. Při velmi vysokých špičkových výkonech, kterých se zde dosahuje, dochází k absorpci záření prakticky u všech materiálů, počínaje plasty, přes kovy, sklo, technickou keramiku až po diamant, o výhodnosti odlišné vlnové délky pro některé materiály se ještě zmíníme. Působením paprsku s pulzem ve fs se nemění ani struktura okolní zóny a přesnost při obrábění dosahuje až submikrometrových rozměrů. Při obrábění nedochází ani k vzniku otřepů nebo rysek, drsnost řezů je minimální. Při řezu u oceli se dosahuje drsnosti povrchu až Ra 0,5 a vyřezaný díl už nemusí většinou procházet žádnou dokončovací operací. Svůj vliv na vysokou přesnost obrobení má při procesu odebírání materiálu ultrakrátkými laserovými pulzy i přímý přechod odebíraného materiálu z pevné fáze do plynné, aniž by docházelo k vytváření taveniny. Vysoká hustota výkonu v pulzu dovoluje podle vhodnosti při zpracování různých materiálů přecházet i na nižší vlnové délky, na 335 nebo 532 nm, které se u takových materiálů projevují lepší absorpcí paprsku, což opět zpětně působí na možnost využívat i nižších výkonů laserového zdroje. Už z těchto technických možností je patrná ekonomická výhodnost laserového mikroobrábění nejen pro ocel, pokud jde o kovy, ale i pro hliník, měď, bronz, mosaz a některé další dříve jen obtížně zpracovatelné materiály. (Například v průmyslu často potřebné slitiny mědi nebyly doposud pro své fyzikální vlastnosti, vysokou tepelnou a elektrickou vodivost a navíc špatnou absorpci laserového paprsku při standardní vlnové délce 1 μm vůbec ke zpracování laserem doporučovány. Při této vlnové délce absorbuje měď jen pod 5 % energie laserového paprsku, ale např. při přeladění na 532 nm už hodnota absorpce paprsku dosahuje 30 až 40 %.) Vysoký výkon při krátkém pulzu paprsku má svůj příznivý dopad i při vývoji způsobu mikroobrábění na principu nově zaváděné multipaprskové technologie. Většinou jde o strukturování větších ploch, které se doposud provádělo paprskem nanosekundových laserů. Nevýhodou nanosekundových laserů ale bylo, že při tomto postupu vznikaly při natavení povrchové nerovnosti, což vyžadovalo dodatečnou úpravu povrchu. Při alternativním použití laseru s ultrakrátkými pulzy a dnes už s výkonem 50 až 100 W je sice individuální mikrostrukturování přesnější, ale menší materiálové úběry při jednopaprskové technologii by celý proces zpomalovaly. Ve Fraunhoferově institutu ILT vyhodnotili tyto technologie tak, že z hlediska hospodárnosti procesu doporučují jednopaprskový, kvalitativně nejnáročnější způsob, zachovat spíše jen pro strukturování drahých dílů nebo nástrojů pro budoucí hromadnou výrobu (při tomto postupu je třeba dávat pozor i na to, aby případný vznik plazmy s vedlejším tepelným efektem opět kvalitu povrchu nenarušil) a pro obecnou strukturalizaci větších ploch rozdělit výchozí paprsek laseru do většího počtu současně pracujících dílčích paprsků, které proces strukturalizace podstatně urychlí. V současné době se v ILT tak pracuje s dělením paprsku na 16 dílčích, ve vývoji při růstu výkonu laserů je postup s dělením hlavního paprsku až na 144 subpaprsků. S posledním stavem této techniky seznámí ILT na letošním veletrhu Laser – Word of Photonics v červnu v Mnichově. Strukturalizací povrchu jsme se už dotkli toho, k jakým způsobům obrábění, kdy dochází k úběru materiálu, se dá laserové mikroobrábění využívat (na rozdíl od metod Selective Laser Melting SLM nebo Selective Laser Sintering SLS, kde výrobek vzniká aditivní postupnou skladbou vrstev, tedy přidáváním materiálu). Strukturování povrchu může mít řadu variant, uplatňuje se např. při strukturalizaci v polovodičové technice a podobně i u solárních článků. A lasery s ultrakrátkými pulzy umožňují i selektivní úběr na vícevrstvých materiálech, aniž by došlo k jakémukoliv poškození spodních vrstev. Zajímavou a užitečnou variantou laserového strukturování je i vytváření povrchů náročných na kluzné vlastnosti. Strukturování tu spočívá ve tvorbě malých kráterů, ve kterých se pak drží mazivo. Vedle způsobů strukturování je tu pak ale ještě celá řada metod laserového mikrovrtání a laserového mikrořezání. Jak už z dosavadního popisu vyplývá, laserový paprsek se dá vhodně použít jak pro způsoby průchozího vrtání nebo řezání, tak i pro vytváření „slepých“ stop a tvarů v materiálu. Tak je tomu u značení nebo popisování nebo při technologickém postupu drážkování. Příkladem tu mohou být metody vyvíjené v LPKF Laser & Electronics pro vytváření vodivých drah ve skle nebo 3D strukturování elektronických schémat na substrátech dílů elektroniky. Původně pouze na modifikovaných polymerových substrátech, postupem vývoje metody na substrátech z libovolného materiálu, včetně kovu (tady je postup kombinován s aplikací speciálního laku). /jš/
