[發明專利]激光驅動飛片加載薄板微彎曲-壓印自動化裝置及方法

有效

• 申請號: 201310202239.2
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN103317004A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 劉會霞;陸萌萌;沈宗寶;王霄
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B21D35/00
• 分類號: B21D35/00;B21D37/04
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 汪旭東

技術領域

本發明涉及一種激光驅動飛片加載薄板微彎曲-壓印自動化裝置及方法，屬于機械制造先進成形領域和自動化加工領域，尤指微機電系統（MEMS）零件加工技術領域。

背景技術

隨著現代科學技術的日新月異，亦隨著市場對科技產品要求的精益求精，在諸如航空航天、精密儀器、生物醫療等領域，微器件的應用愈趨廣泛，對各種材料的微型零件的需求量都在增加，因而又推動了對微器件的加工工藝新的探索。

現如今面向MEMS的微機械加工技術和工藝是在集成電路的基礎上發展起來的，主要依賴于LIGA、蝕刻、微銑削、微細電火花等微細加工技術，受到加工效率低、成本高以及污染環境等問題的限制，不能形成大批量的自動化生產。因此，以微模具成形技術為重點的新的微成形工藝得到了重點關注。

正如公開號為CN?101583559A的專利所提供的利用硅基襯底制造微機械結構的方法，能夠加工出應用于半導體技術中的MEMS微器件，但是這種加工方法還是集成電路技術的應用，零件材料上局限于了硅，不能多樣性選擇加工材料，尤其不能加工金屬的微器件；公開號為CN?2589139Y的專利提出一種微細電火花機床，可以用來加工微器件，但是這種加工方法中所使用的電極形狀需要根據所加工零件形狀確定，需專門加工且加工過程中消耗磨損嚴重，加工誤差逐漸加大;在公開號CN?101108433A的專利中也可以發現，電火花加工對于不同的零件一般需要配備各自專門的電極。另外，此專利中主要提出的是微銑削刀具的制備，也從一個角度反映出微銑削加工刀具制造的不易以及成本較高。與以上種種加工工藝和方法相比，一種全新的工藝——激光驅動飛片微成形技術則有很大的優勢，精度較高、成本低廉、易于實現批量化和自動化生產。激光驅動飛片微成形技術的優勢在本發明專利中完全可以體現出來。

激光驅動飛片微成形是一種新型的MEMS微金屬零部件成形技術，即通過激光驅動飛片加載的方式代替激光直接沖擊，利用激光驅動飛片高速運動，將激光能量轉化為飛片的動能，高速運動的飛片作為激光能量的載體，飛行一段距離后與工件材料發生碰撞，在碰撞界面上產生高壓沖擊波，高壓沖擊波向材料內部傳播,?使得材料在微型模具內產生超快塑性變形，從而實現工件在微模具中的精確成形。申請號201010505869.3的中國專利介紹了應用激光驅動飛片微成形技術進行微金屬器件沖裁的工藝過程，利用此專利的方法可以在一次脈沖激光中進行批量化沖裁，方便有效。但是目前應用激光驅動飛片微成形技術的裝置不能連續的脈沖激光驅動飛片微成形，其批量生產只是在一次脈沖沖擊下多個凹模的成形，并不是真正意義上快速、連續的批量化生產，又因為在此裝置與方法中經一次激光沖擊成形之后，工件和夾具等需要重新裝夾，由此勢必會由于人工操作而帶來人為誤差影響加工精度。并且，開放性的激光光路也存在一定的安全隱患。

發明內容

針對現有技術中微彎曲-壓印工藝中存在的上述缺陷，即應用于微彎曲-壓印工藝的加工設備相對簡陋、制作方法也相對簡單的現狀，本發明提供一種新的自動化生產裝置與方法，實現脈沖激光驅動飛片加載薄板的微彎曲-壓印件的自動化生產，提高生產效率和加工質量。

本發明的技術方案是：

激光驅動飛片加載薄板微彎曲-壓印自動化裝置，包括激光發生系統、自動成形系統和控制系統；激光發生系統由激光控制器、激光發射器和光纖組成；自動成形系統由端蓋、調焦鏡筒、機體、微彎曲-壓印工作臺、三坐標移動夾頭、底座、變磁場裝置、轉盤多工位裝置、約束層-飛片集成片、約束層-飛片集成片的儲倉、回收裝置組成；控制系統由計算機、激光控制器、三坐標移動平臺控制器和步進電機驅動器組成。

控制系統用于協調控制激光發生系統和自動成形系統各個模塊；激光控制器分別與計算機和納米激光器相連接；光纖分別連接激光發生系統的激光發射器和自動成形系統的端蓋；在自動成形系統內部，端蓋固定連接于調焦鏡筒；調焦鏡筒固定連接于機體；機體固定連接于底座；所述底座之上承接微彎曲-壓印工作臺，底座下面連接變磁場裝置；三坐標移動夾頭固聯于三坐標移動平臺，三坐標移動平臺與三坐標移動平臺控制器相連接；轉盤多工位裝置由轉盤在約束層-飛片集成片儲倉裝置、回收裝置和微彎曲-壓印工作臺之間傳輸約束層-飛片集成片，轉盤多工位裝置的傳動軸由步進電機驅動，連接步進電機驅動器；計算機分別與激光控制器、步進電機驅動器、三坐標移動平臺控制器以及變磁場裝置相連接。