[發(fā)明專利]一種高折射率、低硬度透明材料激光切割裝置及切割方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711397907.6
• 申請(qǐng)日: 2017-12-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107962305A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-04-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳蔚;陶沙;趙曉杰;張杰;雷志輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 英諾激光科技股份有限公司;常州英諾激光科技有限公司
• 主分類號(hào): B23K26/53
• 分類號(hào): B23K26/53;B23K26/60;B23K26/06;B23K26/08
• 代理公司: 深圳市精英專利事務(wù)所44242
• 代理人: 龍丹丹

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種激光切割裝置及切割方法，具體地說(shuō)涉及一種用于加工高折射率、低硬度透明材料的激光切割裝置及切割方法。

背景技術(shù)

激光加工是一種把激光的高方向性、高輸出功率和高亮度的特性應(yīng)用到材料的加工領(lǐng)域的工藝，它利用聚焦等方法把光能集中在一定的范圍內(nèi)，從而產(chǎn)生幾千攝氏度到幾萬(wàn)攝氏度以上的高溫，一些高熔點(diǎn)的金屬和非金屬材料都會(huì)迅速熔化或氣化，從而對(duì)工件進(jìn)行鉆孔、切割、焊接、激光打標(biāo)和熱處理等操作，具有非接觸加工的特性，且適合各種材料的微細(xì)加工。激光加工由于強(qiáng)度高、方向性好、顏色純正，可以通過(guò)一系列的光學(xué)系統(tǒng)把激光束聚焦為直徑僅有幾微米至幾十微米的光斑，具有高能量密度和加工溫度，從而能在千分之幾秒甚至更短的時(shí)間內(nèi)使各種物質(zhì)熔化和氣化，以達(dá)到去除被加工位置的作用，已廣泛應(yīng)用于電子工業(yè)、服裝行業(yè)、機(jī)械制造等領(lǐng)域。

一切吸收激光的材料均可進(jìn)行激光加工，加工效果主要取決于物質(zhì)對(duì)光的吸收程度，工作物質(zhì)對(duì)激光的吸收率越高，則激光加工此種物質(zhì)的效率也越高，否則加工效率較低，對(duì)于高折射率材料采用傳統(tǒng)激光加工方式會(huì)存在加工質(zhì)量差的問(wèn)題，幾乎無(wú)法滿足加工需求，目前可采用激光成絲加工方法對(duì)部分透明材料進(jìn)行加工，原理是超快激光脈沖在透明介質(zhì)中傳輸時(shí)，由于自聚焦效應(yīng)和電離空氣后產(chǎn)生的等離子體帶來(lái)的散焦效應(yīng)共同作用而達(dá)到的一種動(dòng)態(tài)平衡，使得超快激光脈沖形成很長(zhǎng)的、較為穩(wěn)定的激光通道。但是成絲方法只適用于低折射率的普通透明材料，針對(duì)高折射率、低硬度的透明材料采用成絲原理無(wú)法加工。因此，開(kāi)發(fā)一種適用于加工高折射率、高脆性透明材料的激光加工裝置與方法勢(shì)在必行。

發(fā)明內(nèi)容

為此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于對(duì)于高折射率材料采用傳統(tǒng)激光加工方式會(huì)存在加工質(zhì)量差的問(wèn)題，幾乎無(wú)法滿足加工需求，從而提出一種加工效率高、無(wú)碎片飛濺、不易損傷工件、成本低廉的透明材料激光切割裝置及切割方法。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

本發(fā)明提供一種高折射率、低硬度透明材料激光切割裝置，其包括順次設(shè)置的激光器、擴(kuò)束裝置、準(zhǔn)直裝置、反射鏡、切割頭和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，還包括用于控制所述激光器、切割頭和運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的工控單元，所述激光器具有單脈沖或脈沖數(shù)可調(diào)的脈沖組輸出。

作為優(yōu)選，所述激光器的脈寬不大于1ns。

作為優(yōu)選，所述切割頭底部設(shè)置有移動(dòng)平臺(tái)，所述切割頭將激光光束聚焦于所述移動(dòng)平臺(tái)上的加工工件，所述移動(dòng)平臺(tái)帶動(dòng)加工工件運(yùn)動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述擴(kuò)束裝置為擴(kuò)束鏡，用于對(duì)激光器產(chǎn)生的激光光束進(jìn)行擴(kuò)束處理；所述準(zhǔn)直裝置為準(zhǔn)直器，用于修正激光束；所述切割頭用于聚焦激光光束。

本發(fā)明還提供一種利用所述的高折射率、低硬度透明材料激光切割裝置進(jìn)行激光切割的方法，其包括如下步驟：

S1、將待加工透明工件固定于移動(dòng)平臺(tái)表面，并用工控單元設(shè)置激光加工路徑；

S2、開(kāi)啟激光器，將激光焦點(diǎn)聚焦于透明工件內(nèi)部；

S3、控制運(yùn)動(dòng)平臺(tái)按照所述激光加工路徑進(jìn)行移動(dòng)，使激光光束按照激光加工路徑在工件內(nèi)部形成改性區(qū)域；

S4、對(duì)激光加工后的工件進(jìn)行裂片處理。

作為優(yōu)選，所述加工路徑為至少兩條平行線或至少兩個(gè)同心圓。

作為優(yōu)選，相鄰兩條平行線或相鄰兩個(gè)同心圓的間距不大于10μm。

作為優(yōu)選，平行線加工路徑由沿所述透明工件的長(zhǎng)度或?qū)挾确较蜓由斓囊唤M平行線組成；同心圓加工路徑由沿所述透明工件的長(zhǎng)度或?qū)挾确较蚺挪嫉囊涣型膱A組成。

作為優(yōu)選，所述裂片處理為紅外激光加熱、化學(xué)腐蝕、超聲波裂片或機(jī)械裂片。

作為優(yōu)選，所述待加工工件通過(guò)真空吸附固定于所述移動(dòng)平臺(tái)表面。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：