[發明專利]超短脈沖激光制作金屬薄膜群孔的裝置及其方法

無效

• 申請號: 201110211814.6
• 申請日: 2011-07-27
• 公開（公告）號: CN102319960A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 趙裕興;狄建科;張偉
• 申請（專利權）人: 蘇州德龍激光有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/16
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 王玉國;陳忠輝

技術領域

?本發明涉及一種超短脈沖激光制作金屬薄膜群孔的裝置及其方法，屬于激光微加工技術領域。

背景技術

?目前群孔制作方法有電子束打孔、電火花腐蝕打孔、電化學打孔、螺旋狀打孔和超聲波打孔。電子束打孔加工材料固定為金屬材料，加工裝置只能在真空中進行，否則電子在與原子進行碰撞時被制動，然后發生轉向。電火花腐蝕打孔方法加工材料只能為導電材料，打孔速度較慢，整體加工費用較高。電化學打孔的裝置需要在液態電解液中加工，但是加工工序復雜繁瑣，制作孔的周期較長。螺旋狀打孔通過切削方式去除材料，但是鉆頭的質量要求較高，且非常容易損耗鉆頭，維護費用較為昂貴。超聲波打孔容易對基材產生微細裂紋，對基材損傷，加工應用限制較為嚴格。

激光打孔技術的定義以激光束為熱源，采用熱去除方法進行材料分離技術，從而形成特定的孔徑的材料加工方法。激光束被聚焦在材料表面，使得材料表面溫度急劇升高而達到材料的蒸發氣化狀態，從而實現材料的去除，包含了材料對光束能量的吸收和材料中的熱傳導過程，在這個過程中，材料被加熱發生急劇氣化的過程，主要取決于激光與材料作用時間和激光光束強度。

由于汽車工業的燃油過濾器、流體泵工業金屬過濾器產品和航空航天氣動元件工業上的持續增長需求，對于金屬薄膜的群孔制作有較高精度和較高效率的加工要求，傳統的加工方法無法實現，因此，特別需要一種突破傳統制作技術的加工群孔的方法和裝置，而激光作為現代工業中先進的加工手段，越發受到各個行業的重視，通過激光來實現制作金屬薄膜群孔的可行性和實用性也得到越來越多的驗證，但是目前還尚未有一種能高效率和高精度制作金屬薄膜去群孔的制作裝備和工藝方法。

發明內容

?本發明的目的是克服現有技術存在的不足，提供一種超短脈沖激光制作金屬薄膜群孔的裝置，解決目前微加工中加工效率低、易產生耗材和選擇性不強等問題。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

超短脈沖激光制作金屬薄膜群孔的裝置，特點是：高頻率短脈沖激光器的輸出端布置有光閘，光閘的輸出端設置有擴束鏡，擴束鏡的輸出端布置有45度全反射鏡，45度全反射鏡的輸出端依次布置有振鏡和掃描場鏡，掃描場鏡正對于工作平臺，所述工作平臺的上方布置有CCD對位觀察系統，所述工作平臺上安裝有一組夾緊氣缸，所述工作平臺的一側布置有吹氣系統，工作平臺的另一側安裝有集塵系統，工作平臺的下方也安裝有集塵系統。

進一步地，上述的超短脈沖激光制作金屬薄膜群孔的裝置，所述高頻率短脈沖激光器是波長為<355nm紫外或深紫外、脈寬在100fs～100ns、頻率在10KHz～50MHz的激光器。

本發明制作金屬薄膜群孔的方法，加工前激光焦點聚焦于金屬薄膜的上表面，高頻率短脈沖激光器發出的激光經光閘控制開關光，光閘控制激光光束后經過擴束鏡對光束進行同軸擴束，改善光束傳播的發散角使光路準直，擴束后的光束到達45度全反射鏡，光路垂直改向，繼而到達振鏡和掃描場鏡，掃描圖形轉化為數字信號，圖形轉化在工作平臺上的金屬薄膜上進行打孔，金屬薄膜由夾緊氣缸夾緊拉平，金屬薄膜位于同一聚焦平面上，CCD對位觀察系統將導入的定位標拍攝并抓取靶標，蝕刻產生的粉塵由吹氣系統產生氣流，并根據振鏡掃描角度和激光焦距確定吹氣角度，由集塵系統吸氣收集粉塵。

本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在：

本發明通過對超短脈沖激光器進行光學聚焦，使其光學聚焦焦點在被加工的金屬薄膜材料上，實現最優化的高效運用激光器的能量；通過控制系統來控制超短脈沖激光器的脈沖個數和脈沖之間持續時間，最終調制出形成每個金屬薄膜孔徑的脈沖個數和脈沖時間；通過控制系統，分別依次加工每個金屬薄膜上所需孔徑，最終完成整個薄膜上所有孔徑的加工工藝；加工過程中輔助吹氣、吸氣裝置，以獲得較為高質量、高效率的群孔制作工藝。加工范圍不受材料物理、機械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點金屬以及非金屬材料。易于加工復雜型面、微細表面以及柔性零件。易獲得良好的表面質量，熱應力、殘余應力、冷作硬化、熱影響區等均比較小。各種加工方法易復合形成新工藝方法，便于推廣應用。

附圖說明

下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明：

圖1：本發明的結構示意圖。

圖中各附圖標記的含義：