一種基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及激光切割加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光切割的硬脆材料異型 孔加工設(shè)備及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，激光加工技術(shù)被廣泛應(yīng)用于硬脆材料的切割中，尤其是精細加工工藝中。 傳統(tǒng)的硬質(zhì)材料(如玻璃、藍寶石、陶瓷等）的異型孔是采用基于二氧化碳激光器或者光纖 激光器的機構(gòu)進行切割，該方法對于大尺寸的異型切割比較有效，但是其激光模式差，聚焦 光斑大的特點，導致其在加工精細異型孔時，出現(xiàn)孔型效果差及縫寬較寬的情況。
[0003] 激光切割是利用經(jīng)聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化 或汽化，從而實現(xiàn)工件切割的一種熱加工方法。激光器的工作機理主要是將激光光束聚焦 于材料表面，使得光子能量轉(zhuǎn)換成化學能或熱能而將材料濺射出來。其中，固體激光器具有 光束模式佳、聚焦光斑小的特點，配合工件的相對運動可以加工出效果很好的孔型，但是其 結(jié)構(gòu)造價高并且在加工多個異型孔時呈現(xiàn)出加工效率慢的特點。而采用高功率固體激光器 來進行切割，由于聚焦光斑小且能量密度高，光束中攜帶很大的熱量，所以在加工過程中容 易因熱應(yīng)力過大而造成碎裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能降低產(chǎn)品成本、 改善異形孔孔形、避免因熱應(yīng)力過大而造成硬脆材料碎裂的異型孔加工設(shè)備及方法。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。
[0006] -種基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，其包括有激光頭，沿激光頭發(fā)出 的激光脈沖的傳輸方向依次設(shè)置有擴束鏡、振鏡、聚焦場鏡和加工平臺，所述加工平臺斜上 方設(shè)有吹氣裝置，所述加工平臺上用于放置硬脆材料，所述吹氣裝置的出口朝向硬脆材料， 所述激光頭電性連接有計算機控制模塊，藉由所述計算機控制模塊而控制激光頭出射激光 以及控制振鏡運轉(zhuǎn)，所述振鏡為2D振鏡。
[0007] 優(yōu)選地，所述激光頭為納秒ND: YAG，YLF，YV04型固態(tài)激光器。
[0008] 優(yōu)選地，所述吹氣裝置的出口是扁平狀出口。
[0009] -種基于激光切割的硬脆材料異型孔加工方法，其包括有如下步驟:步驟S1，利用 計算機控制模塊對所要加工的異性孔進行編輯，將異型孔分解成多個小孔;步驟S2,激光器 出射的激光經(jīng)由擴束鏡、振鏡和聚焦場鏡傳遞到硬脆材料的表面，經(jīng)由所述振鏡多次劃圓 弧而切割加工成異型孔;步驟S3，所述計算機控制模塊控制振鏡旋轉(zhuǎn)，以令激光頭出射的激 光沿異型孔的邊緣進行修整。
[0010]優(yōu)選地，所述步驟si中，鉆孔加工時，小孔的大小為035um-0lOQiraL
[0011] 優(yōu)選地，所述步驟S1中，小孔的加工速率為40-50孔/秒。
[0012] 本發(fā)明公開的基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，其相比現(xiàn)有技術(shù)而言的 有益效果在于，本發(fā)明采用了成本低廉的納秒激光器和2D振鏡即能實現(xiàn)異型孔加工，無需 加工平臺輔助移動，從而改善異型孔的加工質(zhì)量，顯著提高了異型孔加工效率，較好地避免 了因熱應(yīng)力過大造成硬脆材料碎裂，大大提高了加工效率和加工品質(zhì)。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發(fā)明硬脆材料異型孔加工設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014] 圖2為異型孔加工過程中小孔的分布軌跡示意圖。
【具體實施方式】
[0015] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作更加詳細的描述。
[0016] 本發(fā)明公開了一種基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，如圖1所示，其包括 有激光頭1，沿激光頭1發(fā)出的激光脈沖的傳輸方向依次設(shè)置有擴束鏡2、振鏡3、聚焦場鏡4 和加工平臺5,所述加工平臺5斜上方設(shè)有吹氣裝置6,所述加工平臺5上用于放置硬脆材料 7，所述吹氣裝置6的出口朝向硬脆材料7，所述激光頭1電性連接有計算機控制模塊8，藉由 所述計算機控制模塊8而控制激光頭1出射激光以及控制振鏡3運轉(zhuǎn)，所述振鏡3為2D振鏡。 所述激光頭1為納秒ND: YAG，YLF，YV04型固態(tài)激光器。進一步地，所述吹氣裝置6的出口是扁 平狀出口。
[0017] 工作過程中，激光經(jīng)由擴束鏡2進行光束放大及準直，再經(jīng)過振鏡3進行異型孔路 徑掃描，通過聚焦場鏡4傳輸至加工平臺5上的硬脆材料7,該硬脆材料7可以為氧化鋁陶瓷 基板，也可以是其他具有硬、脆特性的基板，吹氣裝置6用于給硬脆材料7吹氣散熱，計算機 控制模塊8用于控制激光頭1出射激光及振鏡3運轉(zhuǎn)。
[0018] 上述基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，其采用了成本低廉的納秒激光器 和2D振鏡即能實現(xiàn)異型孔加工，無需加工平臺輔助移動，從而改善異型孔的加工質(zhì)量，顯著 提高了異型孔加工效率，較好地避免了因熱應(yīng)力過大造成硬脆材料碎裂，大大提高了加工 效率和加工品質(zhì)。
[0019] 基于激光切割的硬脆材料異型孔加工方法，結(jié)合圖1和圖2所示，包括有如下步驟：
[0020] 步驟S1，利用計算機控制模塊8對所要加工的異性孔進行編輯，將異型孔分解成多 個小孔100,其中，鉆孔加工時，小孔100的大小為035um-0lOOum，小孔1〇〇的加工速率為 40-50孔/秒，由于小孔加工時間短，熱應(yīng)力無法大量累積，從而使得硬脆材料不至于破裂； [0021 ]步驟S2，激光器1出射的激光經(jīng)由擴束鏡2、振鏡3和聚焦場鏡4傳遞到硬脆材料7的 表面，經(jīng)由所述振鏡3多次劃圓弧而切割加工成異型孔；
[0022] 步驟S3,所述計算機控制模塊8控制振鏡3旋轉(zhuǎn)，以令激光頭1出射的激光沿異型孔 的邊緣進行修整。
[0023] 本發(fā)明公開的基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備及方法中，激光頭無需選 擇熱量累積更小的皮秒或者飛秒激光器，而振鏡無需選擇價格較高的3D振鏡系統(tǒng)，同時加 工平臺5無需借助XY軸驅(qū)動機構(gòu)來完成加工運動，加工時僅在切割孔型下方做鏤空處理即 可，結(jié)合以上所述可以看出，本發(fā)明降低了設(shè)備成本，并且可以得到縫寬最小40um的異型 孔，相比傳統(tǒng)加工異型孔的光纖激光器或二氧化碳激光器而言，本發(fā)明加工的異型孔的質(zhì) 量得以提高，同時，振鏡跳孔加工的速度可以達到5000mm/s，遠大于平臺移動的速度，從而
【主權(quán)項】
1. 一種基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，其特征在于，包括有激光頭，沿激光 頭發(fā)出的激光脈沖的傳輸方向依次設(shè)置有擴束鏡、振鏡、聚焦場鏡和加工平臺，所述加工平 臺斜上方設(shè)有吹氣裝置，所述加工平臺上用于放置硬脆材料，所述吹氣裝置的出口朝向硬 脆材料，所述激光頭電性連接有計算機控制模塊，藉由所述計算機控制模塊而控制激光頭 出射激光以及控制振鏡運轉(zhuǎn)，所述振鏡為2D振鏡。2. 如權(quán)利要求1所述的基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，其特征在于，所述激 光頭為納秒ND: YAG，YLF，YV04型固態(tài)激光器。3. 如權(quán)利要求1所述的基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，其特征在于，所述吹 氣裝置的出口是扁平狀出口。4. 一種基于激光切割的硬脆材料異型孔加工方法，其特征在于，包括有如下步驟： 步驟S1，利用計算機控制模塊對所要加工的異性孔進行編輯，將異型孔分解成多個小 孔； 步驟S2,激光器出射的激光經(jīng)由擴束鏡、振鏡和聚焦場鏡傳遞到硬脆材料的表面，經(jīng)由 所述振鏡多次劃圓弧而切割加工成異型孔； 步驟S3,所述計算機控制模塊控制振鏡旋轉(zhuǎn)，以令激光頭出射的激光沿異型孔的邊緣 進行修整。5. 如權(quán)利要求4所述的基于激光切割的硬脆材料異型孔加工方法，其特征在于，所述步 驟si中，鉆孔加工時，小孔的大小為03:.5um-0_l OOum..。6. 如權(quán)利要求5所述的基于激光切割的硬脆材料異型孔加工方法，其特征在于，所述步 驟S1中，小孔的加工速率為40-50孔/秒。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于激光切割的硬脆材料異型孔加工設(shè)備，其包括有激光頭，沿激光頭發(fā)出的激光脈沖的傳輸方向依次設(shè)置有擴束鏡、振鏡、聚焦場鏡和加工平臺，所述加工平臺斜上方設(shè)有吹氣裝置，所述加工平臺上用于放置硬脆材料，所述吹氣裝置的出口朝向硬脆材料，所述激光頭電性連接有計算機控制模塊，藉由所述計算機控制模塊而控制激光頭出射激光以及控制振鏡運轉(zhuǎn)，所述振鏡為2D振鏡。本發(fā)明改善了異型孔的加工質(zhì)量，顯著提高了異型孔加工效率，較好地避免了因熱應(yīng)力過大造成硬脆材料碎裂，大大提高了加工效率和加工品質(zhì)。
【IPC分類】B23K26/402, B23K26/384
【公開號】CN105458531
【申請?zhí)枴緾N201511023684
【發(fā)明人】韓世華, 蔣飛, 沈丹鴻
【申請人】常州英諾激光科技有限公司, 深圳英諾激光科技有限公司
【公開日】2016年4月6日
【申請日】2015年12月30日