專利名稱：利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對微孔、微槽等微細(xì)表面結(jié)構(gòu)進(jìn)行微加工的方法，具體涉及一種利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，微孔、微槽等微細(xì)表面結(jié)構(gòu)的加工通常都通過激光蝕刻技術(shù)完成。 在激光蝕刻技術(shù)中，由于固體激光器發(fā)出的激光束具有較多的優(yōu)良特性，激光微細(xì)加工的精度和效率都可以達(dá)到較高的水準(zhǔn)。目前，利用激光蝕刻技術(shù)已經(jīng)可以加工出直徑為數(shù)十微米，徑深比達(dá)到一比數(shù)十的優(yōu)質(zhì)小孔。當(dāng)采用飛秒脈沖激光時(shí)，甚至可以加工出尺寸達(dá)到納米級別的小孔和微結(jié)構(gòu)。除激光蝕刻外，近年來也涌現(xiàn)了一些新穎的激光加工技術(shù)，如水射流導(dǎo)引激光加工，利用水流對激光進(jìn)行約束(類似于光纖)，并導(dǎo)引激光束進(jìn)行切割。然而，由于上述激光加工技術(shù)的原理為材料的汽化去除，在加工過程中，熱效應(yīng)的存在會造成工件的熱損傷，另外加工飛濺物的重新沉積，對加工精度和加工效率都具有一定的影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，本發(fā)明的加工精度和加工效率較高，同時(shí)還避免了工件的熱損傷。本發(fā)明的目的是通過以下方案來實(shí)現(xiàn)的一種利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，包括以下步驟1)將待加工的工件置于液體中；2)激光束通過透鏡組在工件附近的液體中聚焦，焦點(diǎn)處產(chǎn)生空化效應(yīng)；3)空化效應(yīng)引發(fā)指向工件的高速微射流，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；4)高速微射流沖擊到工件表面形成的極高壓強(qiáng)對工件表面的材料形成破壞，高速微射流、微沖擊波協(xié)同去除工件表面材料；5)在連續(xù)激光脈沖的作用下，并輔以激光頭的縱向或橫向進(jìn)給，在工件上加工出微細(xì)表面結(jié)構(gòu)。在高速微射流作用于工件表面的材料之前，使激光束通過透鏡組聚焦于工件表面，預(yù)熱工件表面的材料，使工件表面的材料迅速軟化或熔解。通過光路設(shè)計(jì)使激光束產(chǎn)生兩個相近的焦點(diǎn)，其中，一個焦點(diǎn)位于工件表面用于工件表面預(yù)熱，另一個焦點(diǎn)位于工件附近的液體中用于產(chǎn)生空化效應(yīng)。通過透鏡振動的方法將激光束的焦點(diǎn)的位置在工件表面與工件附近的液體之間不斷變換，使激光束形成工件表面預(yù)熱和空化的交替作用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于相比現(xiàn)有技術(shù)的激光蝕刻技術(shù)，本發(fā)明的熱效應(yīng)低，避免了工件的熱損傷，同時(shí)在加工過程中不會產(chǎn)生加工飛濺物的重新沉積現(xiàn)象，可獲得更高的加工精度，還有助于提高加工效率。


圖1為本發(fā)明的利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的共焦加工方法的實(shí)施方式示意圖；圖2為本發(fā)明的利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的分焦加工方法的實(shí)施方式示意圖。在圖中1-工件；2-液體；3-激光束；4-透鏡組；5-空泡；6_高速微射流。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。如圖1所示，利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，包括以下步驟1)將待加工的工件1置于液體2中；2)激光束3通過透鏡組4在工件1附近的液體2中聚焦，由于光學(xué)擊穿效應(yīng)，焦點(diǎn)處產(chǎn)生空泡5 ；3)空泡5迅速擴(kuò)張-收縮-潰滅，由于空泡5鄰近工件1表面，其收縮方式為非對稱收縮，其引發(fā)指向工件1的高速微射流6，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；4)視激光脈沖能量不同，射流速度可達(dá)數(shù)十到上千米每秒，高速微射流6沖擊到工件1表面形成的極高壓強(qiáng)對工件1表面的材料形成破壞，高速微射流6、微沖擊波協(xié)同去除工件1表面材料；5)在連續(xù)激光脈沖的作用下，并輔以激光頭的縱向或橫向進(jìn)給，在工件1上加工出微細(xì)表面結(jié)構(gòu)。上述為共焦加工方法，為了使本發(fā)明的方法可以對陶瓷或硬質(zhì)金屬等難加工材料進(jìn)行有效加工，要采用下述分焦加工方法。如圖2所示，在高速微射流6作用于工件1表面的材料之前，使激光束3通過透鏡組4聚焦于工件1表面，預(yù)熱工件1表面的材料，使工件1表面的材料迅速軟化或熔解。分焦加工方法通過兩種具體方法實(shí)現(xiàn)第一種方法為通過光路設(shè)計(jì)使激光束3產(chǎn)生兩個相近的焦點(diǎn)，其中，一個焦點(diǎn)位于工件1表面用于工件1表面預(yù)熱，另一個焦點(diǎn)位于工件1附近的液體2中用于產(chǎn)生空化效應(yīng)。第二種方法為通過透鏡振動的方法將激光束3的焦點(diǎn)的位置在工件1表面與工件 1附近的液體2之間不斷變換，使激光束3形成工件1表面預(yù)熱和空化的交替作用。最后應(yīng)當(dāng)說明的是，以上內(nèi)容僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的簡單修改或者等同替換， 均不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)和范圍。
權(quán)利要求
1.一種利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，其特征在于包括以下步驟1)將待加工的工件置于液體中；2)激光束通過透鏡組在工件附近的液體中聚焦，焦點(diǎn)處產(chǎn)生空化效應(yīng)；3)空化效應(yīng)引發(fā)指向工件的高速微射流，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；4)高速微射流沖擊到工件表面形成的極高壓強(qiáng)對工件表面的材料形成破壞，高速微射流、微沖擊波協(xié)同去除工件表面材料；5)在連續(xù)激光脈沖的作用下，并輔以激光頭的縱向或橫向進(jìn)給，在工件上加工出微細(xì)表面結(jié)構(gòu)。
2.按照權(quán)利要求1所述的利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，其特征在于在高速微射流作用于工件表面的材料之前，使激光束通過透鏡組聚焦于工件表面，預(yù)熱工件表面的材料，使工件表面的材料迅速軟化或熔解。
3.按照權(quán)利要求2所述的利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，其特征在于通過光路設(shè)計(jì)使激光束產(chǎn)生兩個相近的焦點(diǎn)，其中，一個焦點(diǎn)位于工件表面用于工件表面預(yù)熱， 另一個焦點(diǎn)位于工件附近的液體中用于產(chǎn)生空化效應(yīng)。
4.按照權(quán)利要求2所述的利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，其特征在于通過透鏡振動的方法將激光束的焦點(diǎn)的位置在工件表面與工件附近的液體之間不斷變換，使激光束形成工件表面預(yù)熱和空化的交替作用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用激光空化微射流進(jìn)行微加工的方法，包括以下步驟1)將待加工的工件置于液體中；2)激光束通過透鏡組在工件附近的液體中聚焦，焦點(diǎn)處產(chǎn)生空化效應(yīng)；3)空化效應(yīng)引發(fā)指向工件的高速微射流，并同時(shí)產(chǎn)生高強(qiáng)度的微沖擊波；4)高速微射流沖擊到工件表面形成的極高壓強(qiáng)對工件表面的材料形成破壞，高速微射流、微沖擊波協(xié)同去除工件表面材料；5)在連續(xù)激光脈沖的作用下，并輔以激光頭的縱向或橫向進(jìn)給，在工件上加工出微細(xì)表面結(jié)構(gòu)。相比現(xiàn)有技術(shù)的激光蝕刻技術(shù)，本發(fā)明的熱效應(yīng)低，避免了工件的熱損傷，同時(shí)在加工過程中不會產(chǎn)生加工飛濺物的重新沉積現(xiàn)象，可獲得更高的加工精度，還有助于提高加工效率。
文檔編號B23K26/16GK102248308SQ20111017365
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者劉國躍, 張永俊, 鄧宇, 郭鐘寧, 黃志剛 申請人:廣東工業(yè)大學(xué)