工业CO2激光器的发展历程与综合应用

1、前言  
二氧化碳激光器是目前连续输出功率较高的一种激光，它发展较早，商业产品较为成熟，被广泛应用到材料加工、医疗使用、军事武器、环境量测等各个领域。
在激光的发展和应用方面，CO2激光器的制作和应用较早也较多，早在1970年代末期，就有从国外直接进口CO2激光器，从事工业加工和医疗等应用。从80年代末期开始，CO2激光器被广泛引进并应用在在材料加工领域。近年来CO2激光加工设备虽然渐趋普及，但激光毕竟是一种新的工具，激光加工技术亦不同于传统的加工方法，所以工业界在引进使用CO2激光器的过程中，曾经遇到各种各样的问题，给很多厂商造成不少困扰。本文针对CO2激光器在不同领域的应用状况及其演变作以分析，并提出在使用CO2激光器过程中，常面临的一些问题，按照CO2激光器功率大小分类，阐述其在各个产业上的应用状况及演变情况，列举CO2激光应用者会面对的主要问题并加以分析，最后对CO2激光应用的未来提出展望。
2、工业CO2激光应用与发展     
为了比较详细完整的介绍CO2激光加工的应用状况，按其使用成本，本文以激光输出功率范围（小于200瓦，介于200到1600瓦间和大于1600瓦以上）作为划分标准，逐一介绍它在各个领域的应用情况。
2.1低功率（小于200瓦）CO2激光的应用 
早期进口和制造的CO2激光机器，均为小于200瓦的低功率激光器。主要为电子工业（如电阻制造、IC标志）、非金属加工业（竹木雕、服饰、制鞋、饰品制造等）和部份医疗和研究单位所使用。
将CO2激光束透过一个光罩，聚焦于IC或半导体组件上作标志，这种CO2激光主要皆为TEA脉冲式。但随着标志加工速度的要求越来越快，加工品质的要求越来越高，以及固体激光的快速发展，最近新引进的标志加工用激光，已逐渐被固体的YAG激光所取代。用镂空的铜模罩住要雕刻的非金属材料，然后用CO2激光束在铜模上作快速扫瞄，即可在该材料上雕刻出复杂的图案。雕刻对象为木材、压克力、皮革和纸张等，另外也可以应用到雕刻特有的手工艺品，如竹片雕刻、软木浮雕、贝壳浮雕等。最近几年已转型用密封式CO2激光，直接以扫瞄振镜作少量多变化的礼品雕刻，以提高产品的附加价值。   
成衣和制鞋业曾经引领风 骚十数年，也是引进国外或采用自产的低功率CO2激光加工较早的成功典型，主要是以50瓦激光来裁切制衣服用的马克板和鞋子样板，仅用于开发或少量多样的生产，故数量有限。也有少数150瓦左右的CO2激光直接作皮衣、皮件等生产用。
另外计算机刺绣业有以激光配合CCD取样，直接将刺绣在一大张上的众多图案一一裁下。但是随着两种产业的外移和萎缩，CO2激光器在这方面的应用也没有增加。而采用低功率CO2激光来裁切家具或饰品上的装潢用薄树皮持续增长，主要结合造型设计和后段生产，附加价值较高。  
由于国外CO2激光的发展很快，小功率的CO2激光采用密封式结构，且品质越来越好，因此，除了上述加工业外，进口的其它应用系统里也有许多此类的CO2激光器，用在穿孔、印刷业刻板、快速成型、镜片上打商标和陶瓷基板加工等方面，其应用潜力不小。   
输出200瓦以下的CO2激光器在一些非金属薄材料切割方面绰绰有余，除上述业者较常使用外，其实仍有很多产业界的特殊材料皆可考虑以激光加工取代，如建筑业的压克力模型制作，结婚相簿封面的硬版图样，其特点是是小而复杂，但均可以CO2激光来作裁切。
云母薄板的裁切﹑防弹衣内纤维布的裁切﹑耐龙安全带的裁切，还有其它一些特殊材料如：FRP、ABS、特弗龙、石棉和橡胶等的裁切，国外都有采用激光加工的先例，只是需要特别注意切割时所产生气体的排放问题。
2.2中高功率(200瓦-1600瓦)CO2激光的应用