[發(fā)明專利]一種高深徑比微孔的激光加工系統(tǒng)及加工方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011282858.3
• 申請日: 2020-11-17
• 公開（公告）號: CN112453730B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊康;王自;田東坡
• 申請（專利權(quán)）人: 西安中科微精光子科技股份有限公司
• 主分類號: B23K26/382
• 分類號: B23K26/382;B23K26/064;B23K26/402
• 代理公司: 深圳市科進(jìn)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44316
• 代理人: 孟潔

本發(fā)明提供了一種高深徑比微孔的激光加工系統(tǒng)及加工方法，首先將準(zhǔn)連續(xù)激光與超短脈沖激光復(fù)合對非透明材料進(jìn)行微孔加工，利用準(zhǔn)連續(xù)激光進(jìn)行部分沖孔，設(shè)置合適的準(zhǔn)連續(xù)激光能量和持續(xù)時間，在非透明材料上沖孔；然后轉(zhuǎn)換飛秒激光光路，利用旋切掃描模塊使聚焦后的超短脈沖激光進(jìn)行螺旋掃描，在非透明材料的沖孔位置處進(jìn)行旋切掃描修孔；最后下降焦點(diǎn)繼續(xù)重復(fù)沖孔?修孔操作，完成制孔過程，本發(fā)明提供的激光加工系統(tǒng)及方法，采用分段沖孔?修孔工藝，可以大大減小了由于大能量一次性沖孔造成的熱影響區(qū)，提升了孔的加工質(zhì)量，滿足了航空航天領(lǐng)域要求高深徑比孔無熱影響區(qū)的技術(shù)指標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及激光精細(xì)微孔加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高深徑比微孔的激光加工系統(tǒng)及加工方法。

背景技術(shù)

陶瓷材料在航空航天、光電器件、醫(yī)療器械等領(lǐng)域都有著極其重要的應(yīng)用，但由于某些加工方式會引入微裂紋，引起應(yīng)力高度集中，使得裂紋擴(kuò)展導(dǎo)致材料斷裂。為在嚴(yán)苛的使用環(huán)境提高使役性能，對陶瓷材料加工的質(zhì)量提出較高的要求。以上述領(lǐng)域中，經(jīng)常有滿足高深徑比(不低于20:1)且極小微裂紋的指標(biāo)要求。

陶瓷孔主要加工方法為：機(jī)械加工為接觸式加工，容易引起鉆頭斷裂,且難以保證微孔的尺寸精度；利用電火花加工存在著不能加工非導(dǎo)電材料的問題；激光加工作為新型加工技術(shù)，對材料無選擇性，其中準(zhǔn)連續(xù)激光能夠加工20:1以上的高深徑比微孔，但由于準(zhǔn)連續(xù)激光利用熱效應(yīng)去除材料會在孔口形成熱影響區(qū)、微裂紋，孔口質(zhì)量較差；超短脈沖激光由于其短作用時間和超高峰值功率的性質(zhì)，和材料反應(yīng)時能直接打斷材料分子鍵，實(shí)現(xiàn)無熱傳導(dǎo)的材料去除方式。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒如此，有必要針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種高深徑比微孔的激光加工系統(tǒng)及加工方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種高深徑比微孔的激光加工系統(tǒng)，包括：超快激光器、變倍擴(kuò)束器、1/4波片、第一反射鏡、光束旋切掃描模塊、第一半透半反鏡、第二半透半反鏡、聚焦鏡、氣嘴、第二反射鏡、光路切換模塊、第三反射鏡及準(zhǔn)連續(xù)激光器，其中：

所述準(zhǔn)連續(xù)激光器出射的準(zhǔn)連續(xù)激光經(jīng)所述第三反射鏡反射后進(jìn)入可快速移動的第二反射鏡，再經(jīng)所述光路切換模塊進(jìn)入所述第二半透半反鏡，經(jīng)所述第二半透半反鏡反射后形成的光束垂直入射進(jìn)入所述第一半透半反鏡，并經(jīng)所述聚焦鏡及所述氣嘴后聚焦在陶瓷材料上進(jìn)行沖孔；

所述超快激光器出射的超短脈沖經(jīng)所述變倍擴(kuò)束器擴(kuò)束后進(jìn)入所述1/4波片，所述1/4波片將入射的線偏振光調(diào)整成圓偏振光，再依次經(jīng)所述第一反射鏡、所述旋切掃描模塊、所述第一半透半反鏡后進(jìn)入所述聚焦鏡，并經(jīng)所述聚焦鏡及所述氣嘴后聚焦在陶瓷材料的沖孔位置處進(jìn)行旋切掃描修孔。

在一些較佳的實(shí)施例中，還包括與所述第一半透半反鏡連接的功率監(jiān)測模塊，所述第一半透半反鏡還將接收到的激光的一部分反射至所述功率監(jiān)測模塊，所述功率監(jiān)測模塊可對沖孔和修孔過程中激光能量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

在一些較佳的實(shí)施例中，還包括與所述第一半透半反鏡連接的CCD相機(jī)，在沖孔和修孔過程中，與所述陶瓷材料作用的反射光反射至所述第一半透半反鏡，所述CCD相機(jī)獲取所述反射光以實(shí)現(xiàn)對打孔過程的穿透情況的顯示。

在一些較佳的實(shí)施例中，所述變倍擴(kuò)束器為1-4倍變倍擴(kuò)束器。

在一些較佳的實(shí)施例中，所述氣嘴為錐形氣嘴。

另外，本發(fā)明還提供了一種所述高深徑比微孔的激光加工系統(tǒng)的加工方法，包括下述步驟：

利用準(zhǔn)連續(xù)激光對陶瓷材料進(jìn)行沖孔，包括：所述準(zhǔn)連續(xù)激光器出射的準(zhǔn)連續(xù)激光經(jīng)所述第三反射鏡反射后進(jìn)入可快速移動的第二反射鏡，再經(jīng)所述光路切換模塊進(jìn)入所述第二半透半反鏡，經(jīng)所述第二半透半反鏡反射后形成的光束垂直入射進(jìn)入所述第一半透半反鏡，并經(jīng)所述聚焦鏡及所述氣嘴后聚焦在陶瓷材料上進(jìn)行材料去除，孔徑大小介于Φ0.5mm～Φ0.6mm之間；