[發明專利]一種利用激光在透明材料內進行隱形內雕的方法

無效

• 申請號: 201210484957.9
• 申請日: 2012-11-23
• 公開（公告）號: CN102974942A
• 公開（公告）日: 2013-03-20
• 發明（設計）人: 劉富榮;周偉平;黃超;白楠;陳繼民
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B44C1/22
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張慧

技術領域

本發明屬于激光內雕技術，特別涉及一種利用激光在透明材料內進行隱形內雕的方法。?

背景技術

激光內雕技術是目前國際上最先進、最流行的用于透明材料（如水晶、玻璃、亞克力等）內雕刻加工的方法。它是將脈沖強激光在透明材料內部聚焦，使激光聚焦點的能量密度大于材料破壞的臨界值，從而產生微米量級大小的汽化爆裂點。由于爆裂點對光的散射、反射等作用而呈現出白色。通過計算機控制激光在玻璃體內產生爆裂點的空間位置，構成絢麗多姿的圖像。?

目前傳統內雕的原理主要是選取納秒脈沖激光器（如釔鋁石榴石的基頻，倍頻或者三倍頻激光），通過控制激光聚焦光斑的能量，使光斑處的能量密度大于使玻璃破壞的臨界值，稱為損傷閾值。當光斑處透明材料受到高于損傷閾值的脈沖激光能量作用后瞬間爆裂。由于激光光斑大小屬于微米量級，同時一個激光脈沖的作用時間為納秒級，所以只有所需要加工的位置才能產生爆裂點，透明材料其余部分則保持原樣。所產生的爆裂點為破壞性的裂痕，對光產生散射、反射、吸收等作用使爆裂點呈現出白色。而原材料為透明材料，通過顏色反差就能顯現出圖案效果。配備掃描控制系統就能制備出不同的內雕圖案。?

激光內雕的過程類似于文件打印或者信息記錄的過程。目前的打印信息記錄技術除了普通傳統的打印信息記錄技術之外出現了隱形打印記錄技術。如利用各種隱形墨水或者顯影技術實現隱形記錄的效果。類比于打印或者信息記錄的方式，激光內雕除了傳統的目前能見到的內雕效果之外也能制備類似的隱形?內雕技術。目前的內雕不能實現隱形內雕的效果。本發明目的為在透明材料（主要為玻璃和水晶材料）內實現隱形激光內雕，只有在一定的反射角度觀測時才能看到材料的內雕圖案，實現一種顯影的效果。?

發明內容

本發明的目的在于利用激光在透明材料（主要為玻璃或水晶材料）內實現隱形內雕。傳統的激光內雕技術由于產生宏觀的爆裂點，不能實現隱形的效果。本發明所述方法選取脈沖激光通過控制脈沖能量使透明材料折射率等微觀性能發生轉變但不產生宏觀的爆裂點。由于沒有形成傳統內雕工藝中的爆裂點，所以雕刻的位置看不到傳統雕刻中的白色。當利用激光在玻璃和水晶材料中內雕掃描形成所需圖案后。在垂直于材料的方向或者小于約三十度反射角的方向觀看材料內部時看不到材料里面內雕的圖案，當在大約四十五度反射角的方向觀看材料內部時能清晰看到材料里面的內雕圖案（如附圖圖1）。本發明首先通過控制參數獲得所需的內雕圖案，由于沒有像傳統內雕那樣因為宏觀微區域的爆裂而產生白色的點，所以內雕完后從材料正面觀測不到內雕的圖案，但在一定的反射角度上觀測時因為打過點的區域同沒打過點的區域對光的折射率的不同從而顯現出內雕于材料的圖案。通過這一過程實現激光隱形內雕的顯影效果。?

本發明目的通過如下措施來達到的，其具體工藝流程為：?

（1）選取需要制備圖案的圖片文件，利用點云生成軟件把圖片文件轉變成點云文件；?

（2）選取透明的內雕材料，如水晶、普通玻璃、超白玻璃、K9玻璃，首先用洗滌液清洗掉材料表面，然后用無水乙醇進一步清洗材料表面，確保材料表面無雜物、灰塵等覆蓋在材料表面。?

（3）打開掃描控制軟件，導入步驟（1）中生成的點云文件，通過控制激光器的參數，如：功率、頻率、脈寬、聚焦光斑，使激光光斑作用在透明材料上的能量低于材料的損傷閾值使材料折射率發生轉變，這種是只在微觀結構發生轉變但不發生宏觀的爆裂。不同透明材料的損傷閾值不太相同，玻璃類材料的損傷閾值約為5-30J/cm2。通過控制激光參數使激光作用在材料內部的能量約為損傷閾值能量的85%，運行掃描控制系統，利用激光把所需圖案雕刻到透明材料的內部。?

選取不同的角度觀察所制備的隱形內雕圖案，當只有在一定的反射角度才能觀察到透明材料中內雕的圖案時就實現了激光在透明材料內的隱形內雕效果。?

所述的內雕材料可以是水晶或玻璃，玻璃如普通玻璃、超白玻璃、K9玻璃。?

所述的激光器為半導體532nm的脈沖激光。也可以是355nm的脈沖激光。激光光斑作用在透明材料上的能量優選為損傷閾值的80-90%。?

所述的圖案可以是各種可見的圖像，如人物照片、風景畫面、標志圖案、文字等。?

與現有技術相比：?

（1）從原理上，傳統的內雕由于光斑處透明材料受到高于損傷閾值的脈沖激光能量作用后產生破壞性的宏觀爆裂，爆裂點對光的散射等作用顯示出白色。而本發明中激光掃描的點沒有形成爆裂現象，而是只改變掃描點處的微觀結構，使掃描的點在折射率方面表現不同的特征。?