一种激光成丝加工微孔的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及透明材料表面微孔制备技术领域，尤其涉及一种激光成丝加工微孔的装置及方法。
【背景技术】
[0002]传统激光对透明材料(蓝宝石、玻璃等)钻孔时，存在以下问题:质量差，存在崩边熔融等现象；由于激光本身特性会导致一定的锥度；微孔难加工，因为熔渣难排出；孔径受限，微米级直径的孔很难加工。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种激光成丝加工微孔的装置及其方法，用于解决现有技术中微孔钻孔直径受限，微孔容易崩边的技术问题。
[0004]为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为:
[0005]本发明的一种激光成丝加工微孔的装置，其包括:计算机控制模块，激光器，光束传递组件，聚焦组件，以及加工平台；所述的光束传递组件、聚焦组件依次沿激光光路排布，由所述计算机控制模块控制激光器发射的激光参数，使激光成丝，并控制聚焦组件和加工平台动作，使激光光束对放置于加工平台上的待加工材料进行结构改性。
[0006]其中，所述的光束传递组件和聚焦组件之间还设有光学旋转模组，用于加工孔径大于20 μ m时，旋转光束。
[0007]其中，其用于对蓝宝石，玻璃表面微孔加工。
[0008]其中，所述的聚焦组件包括振镜和场镜组合，或只有物镜。
[0009]一种激光成丝加工微孔的方法，其包括以下步骤:
[0010]第一步，采用超快激光在待加工材料表面的待成型微孔处进行结构改性，其中，调整所述激光参数，使激光成丝；
[0011]第二步，采用化学腐蚀方式去除待加工材料表面已经结构改性的部分，形成直径小于20 μ m的微孔。
[0012]其中，所述的第二步采用化学腐蚀方式去除结构改性部分之后还包括，采用冲淋或浸泡进行清洗的步骤。
[0013]其中，所述第二步化学腐蚀方式中，若加工件为玻璃或蓝宝石时，腐蚀液采用HF、硝酸、硫酸或KOH、NaOH。
[0014]优选的，所述的腐蚀液为HF时，其摩尔质量浓度为2%至10%。
[0015]其中，该激光成丝加工微孔的方法用于对蓝宝石，玻璃的微孔加工。
[0016]其中，该激光成丝加工微孔的方法加工的微孔为通孔或盲孔，且微孔为垂直基材或与基材成任意角度。
[0017]与现有技术相比，该发明激光成丝加工微孔的装置的优点在于:可以实现高质量、高效率、微小孔径的加工，解决了传统激光加工锥度难以控制，微孔难以加工的问题。
【附图说明】
[0018]图1为本发明激光成丝加工微孔的装置的系统结构图；
[0019]图2为本发明激光成丝加工微孔方法流程图；
[0020]图3为本发明激光成丝加工微孔方法加工蓝宝石过程的状态示意图；
[0021]图4为本发明激光成丝加工微孔的装置的第二实施方式的系统结构图；
[0022]图5为本发明激光成丝加工微孔的装置在加工斜孔时的状态示意图。
[0023]图6为本发明激光成丝加工微孔的装置在加工孔径较大孔时的状态示意图。
【具体实施方式】
[0024]以下参考附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。
[0025]超快激光成丝:激光成丝是指超快激光脉冲在空气介质中传输时，由于自聚焦效应和电离空气后产生的等离子体带来的散焦现象共同作用而达到一种动态平衡，使得超快激光脉冲在空气中形成很长的、较为稳定的激光通道。激光成丝在透明材料，如蓝宝石，玻璃等上的作用机理与空气中近似相同。因此可直接利用到透明材质的微孔加工工艺中。其中，上述超快激光为皮秒或飞秒激光。
[0026]请参阅图1，在该实施例中，本发明激光成丝加工微孔的装置用于加工孔径小于20 μ m的微孔，其包括:计算机控制模块100，激光器102，光束传递组件103，聚焦组件104，以及加工平台105 ;所述的光束传递组件103、聚焦组件104依次沿激光光路排布，由计算机控制模块100控制激光器102，根据加工需求，由计算机控制模块100控制激光参数，使激光成丝。并控制聚焦组件104和加工平台105动作，使激光光束在待加工材料表面，进行结构改性。其中，本实施的待加工件为蓝宝石200，蓝宝石200放置于加工平台105上，可随加工平台一起转动。
[0027]光束传递组件103 —般为扩束镜装置，将激光光束进行扩大，以获得更小的聚焦光斑。聚焦组件104可以是振镜和场镜组合或只有物镜。
[0028]该激光成丝加工微孔的装置主要用于对蓝宝石，玻璃等透明材质的工件进行微孔加工。
[0029]优选的，激光器102为飞秒超快激光器。激光器102发射的激光波长可以为近红外(1064nm或1030nm)，可见(532nm或515nm)和紫外(355nm)。计算机控制模块100控制激光器102的启停，以及控制激光器102发射的激光参数设置，其控制的激光参数包括电流，频率，扫描速率，加工参数等。使激光成丝，即在透明材质中使激光聚焦和散焦动态平衡。
[0030]计算机控制模块100同时还控制加工平台105的动作，首先将需要激光参数输入到计算机中，由计算机控制加工平台105的运动，从而实现微孔加工。
[0031]请参阅附图2，本发明还公开了一种激光成丝加工微孔的方法，其包括以下步骤:
[0032]第一步SI，采用超快激光在待加工材料表面的待成型的微孔处进行结构改性，其中，调整所述激光参数，使激光成丝。
[0033]第二步S2，采用化学腐蚀方式去除待加工材料表面已经结构改性的部分，形成微孔。
[0034]第二步S2采用化学腐蚀方式去除结构改性部分之后还包括，采用冲淋或浸泡进行清洗的步骤。其中，第二步S2化学腐蚀方式采用的腐蚀液为强酸(HF或硝酸、硫酸等)或强碱(KOH、NaOH等)。腐蚀液为HF时，其摩尔质量浓度为2%至10%。该激光成丝加工微孔的方法用于对蓝宝石，玻璃的表面微孔加工。其中，该激光成丝加工微孔的方法加工的微孔为通孔或盲孔。
[0035]请参阅附图3，其为该激光成丝加工微孔的方法，在加工蓝宝石或玻璃时的过程状态图。首先，第一状态12时，超快激光的光束11作用于蓝宝石或玻璃上，激光迅速在蓝宝石或玻璃内形成一稳定的，细长的光束，持续作用于蓝宝石表面。第二状态13时，激光对蓝宝石或玻璃结构改性处理之后，在其内部形成一细长的柱状被改性区域。第三状态14时，采用化学腐蚀方法，对已经改性的区域进行腐蚀溶液的冲淋或浸泡，从而使改性区域被腐化，脱落，最终形成高质量的微孔。
[0036]请参阅图4，其为本发明一种激光成丝加工微孔的装置的另一实施方式，其与附图1所示的激光成丝加工微孔的装置的区别在于，在光束传递组件103和聚焦组件104之间还设有一光学旋转模组106。当加工孔径大于20 μπι时，可以通过调整光学旋转模组106的旋转半径来实现不同孔径的加工。当用于加工微孔孔径小于20 μπι时，光学旋转模组106停止不动，不作用，从而实现微孔加工。其他部分与附图1所示的激光成丝加工微孔的装置完全相同，并且其加工过程也完全相同，在此不予以赘述。
[0037]请参阅附图5，其为本发明的激光成丝加工微孔的装置在加工另一种微孔的微孔110结构示意图，由图中可见，此时的微孔110与蓝宝石，玻璃等透明材料表面呈一定斜角，此时只需要调整待加工件表面与激光出射光束之间的夹角即可，其加工原理与垂直孔加工相同。
[0038]请参阅附图6，其为该激光成丝加工微孔的方法，在加工孔径大于20 μ m时的过程状态图。首先，第一状态22时，超快激光的光束21作用于蓝宝石或玻璃上，激光迅速在蓝宝石内形成一稳定的，细长的光束，持续作用于蓝宝石或玻璃表面。第二状态23时，激光对蓝宝石或玻璃结构改性处理之后，在其内部形成一细长的圆柱壁状的改性区，其与附图3中区别在于，此时形成的孔径较大，改性只是圆柱状柱体壁。第三状态24时，采用化学腐蚀方法，对已经改性的区域进行腐蚀溶液的冲淋或浸泡，从而使改性区域被腐化，脱落，最终形成高质量的孔。
[0039]上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种激光成丝加工微孔的装置，其特征在于，包括:计算机控制模块，激光器，光束传递组件，聚焦组件，以及加工平台；所述的光束传递组件、聚焦组件依次沿激光光路排布，由所述计算机控制模块控制激光器发射的激光参数，使激光成丝，并控制聚焦组件和加工平台动作，使激光光束对放置于加工平台上的待加工材料进行结构改性。2.如权利要求1所述的激光成丝加工微孔的装置，其特征在于，所述的光束传递组件和聚焦组件之间还设有光学旋转模组，用于加工孔径大于20 μ m时，旋转光束。3.如权利要求1所述的激光成丝加工微孔的装置，其特征在于，其用于对蓝宝石，玻璃表面微孔加工。4.如权利要求1所述的激光成丝加工微孔的装置，其特征在于，所述的聚焦组件包括振镜和场镜组合，或只有物镜。5.一种激光成丝加工微孔的方法，其特征在于，包括以下步骤: 第一步，采用超快激光在待加工材料表面的待成型微孔处进行结构改性，其中，调整所述激光参数，使激光成丝； 第二步，采用化学腐蚀方式去除待加工材料表面已经结构改性的部分，形成直径小于20 μ m的微孔。6.如权利要求5所述的激光成丝加工微孔的方法，其特征在于，所述的第二步采用化学腐蚀方式去除结构改性部分之后还包括，采用冲淋或浸泡进行清洗的步骤。7.如权利要求5所述的激光成丝加工微孔的方法，其特征在于，所述第二步化学腐蚀方式中，若加工件为玻璃或蓝宝石时，腐蚀液采用HF、硝酸、硫酸或KOH、NaOH。8.如权利要求7所述的激光成丝加工微孔的方法，其特征在于，所述的腐蚀液为HF时，其摩尔质量浓度为2%至10%。9.如权利要求5所述的激光成丝加工微孔的方法，其特征在于，该激光成丝加工微孔的方法用于对蓝宝石，玻璃的微孔加工。10.如权利要求5所述的激光成丝加工微孔的方法，其特征在于，该激光成丝加工微孔的方法加工的微孔为通孔或盲孔，且微孔为垂直基材或与基材成任意角度。
【专利摘要】一种激光成丝加工微孔的装置，其包括：计算机控制模块，激光器，光束传递组件，聚焦组件，以及加工平台；所述的光束传递组件、聚焦组件依次沿激光光路排布，由所述计算机控制模块控制激光器发射的激光参数，产生激光成丝效应，并控制聚焦组件和加工平台动作，使激光光束对放置于加工平台上的待加工材料进行结构改性。该发明激光成丝加工微孔的装置的优点在于：可以实现高质量、高效率、微小孔径(小于20μm)的加工，解决了传统激光加工锥度难以控制，微孔难以加工的问题。
【IPC分类】B23K26/0622, B23K26/402, B23K26/382, B23K26/70
【公开号】CN104959736
【申请号】CN201510437772
【发明人】赵晓杰, 张 杰, 秦国双
【申请人】深圳英诺激光科技有限公司
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年7月23日