一种炫彩制品镭射加工工艺、炫彩制品及电子产品的制作方法

1.本技术涉及激光镭射技术领域，尤其涉及一种炫彩制品镭射加工工艺、炫彩制品及电子产品。


背景技术：

2.陶瓷材料表面颜色处理工艺，基本上使用真空镀膜+丝印等方法。使用真空镀膜+丝印，颜色饱和度、亮度、均匀性、炫目功能均不能准确掌控，需要专业人员操作，可控性低，效率低，时间周期长，耗材大。


技术实现要素：

3.本技术的目的在于提供一种炫彩制品镭射加工工艺，通过激光镭射对待加工材料表面进行颜色处理，解决现有颜色处理工艺存在的问题。
4.为实现以上目的，本技术提供一种炫彩制品镭射加工工艺，包括：
5.使用激光器对待加工制品表面进行激光镭射雕刻得到预先设计的图案，所述激光为紫外纳秒激光，所述激光的波长为230-400nm。
6.优选地，所述激光的能量占空比在60％～80％；
7.优选地，所述激光的频率范围在20khz～40khz；
8.优选地，所述激光的填充间距为0.006mm～0.014mm。
9.优选地，所述激光的填充角度不为0度或180度；
10.优选地，所述填充角度为30～60度；
11.优选地，所述填充角度为45度。
12.优选地，所述激光镭射雕刻包括两次制程，通过第一次制程在所述待加工表面形成第一图层，通过第二次制程在所述第一图层上形成第二图层。
13.优选地，制作所述第一图层采用激光的能量占空比在70％～80％，制作所述第二图层采用激光的能量占空比在60％～70％左右；
14.优选地，制作所述第一图层采用激光的频率范围在30khz～40khz，制作所述第二图层采用激光的频率范围在20khz～30khz。
15.优选地，制作所述第一图层采用激光的速度为100～200mm/s，制作所述第二图层采用激光的速度为700～1000mm/s。
16.优选地，所述第一图层和所述第二图层的填充次数分别为1～2次。
17.优选地，所述激光器的电流为35a～42a；
18.优选地，所述激光器的电流为38.5a。
19.优选地，所述激光的焦点聚焦在所述陶瓷材料表面；
20.优选地，所述激光器的焦距为31mm～33mm。
21.本技术还提供一种炫彩制品，由上述的炫彩制品镭射加工工艺加工得到。
22.本技术还提供一种电子产品，包括上述的炫彩制品。
23.与现有技术相比，本技术的有益效果包括：
24.本技术提供的炫彩制品镭射加工工艺，使用波长为230-400nm的紫外纳秒激光对待加工制品表面进行激光镭射，紫外纳秒激光易于待加工制品吸收，单光子能量大，能够直接打破材料表面分子化学键产生刻蚀，对材料表面进行分子结构重组，从而在材料表面形成亮面反光氧化层，满足光的反射/折射条件，产生炫彩色，达到炫彩效果。相较于现有技术中的镀膜等颜色制备工艺，激光镭射更加具有市场前景，激光镭射具有工艺简单、可操作性强、加工时间短、无耗材、节约环保、减少成本、提高产能等优点，且制作出的图层永久不褪色、图案精准、炫彩效果好。
附图说明
25.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对本技术范围的限定。
26.图1a至图1c为不同填充角度的示意图；
27.图2a和图2b为本发明实施例1的镭射加工工艺得到的陶瓷玻璃的示意图；
28.图3a和图3b为本发明对比例1的镭射加工工艺得到的陶瓷玻璃的示意图；
29.图4a和图4b为本发明对比例2的镭射加工工艺得到的陶瓷玻璃的示意图；
30.图5a和图5b为本发明对比例5的镭射加工工艺得到的陶瓷玻璃的示意图。
具体实施方式
31.如本文所用之术语：
[0032]“由
……
制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。
[0033]
连接词“由
……
组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由
……
组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
[0034]
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1～5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1～4”、“1～3”、“1～2”、“1～2和4～5”、“1～3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
[0035]
在这些实施例中，除非另有指明，所述的份和百分比均按质量计。
[0036]“质量份”指表示多个组分的质量比例关系的基本计量单位，1份可表示任意的单位质量，如可以表示为1g，也可表示2.689g等。假如我们说a组分的质量份为a份，b组分的质
量份为b份，则表示a组分的质量和b组分的质量之比a：b。或者，表示a组分的质量为ak，b组分的质量为bk(k为任意数，表示倍数因子)。不可误解的是，与质量份数不同的是，所有组分的质量份之和并不受限于100份之限制。
[0037]“和/或”用于表示所说明的情况的一者或两者均可能发生，例如，a和/或b包括(a和b)和(a或b)。
[0038]
本技术提供一种炫彩制品镭射加工工艺，包括：使用激光器对待加工制品表面进行激光雕刻制程，形成具有预先设计图案的第一图层，所述激光为紫外纳秒激光，所述激光的波长为230-400nm。
[0039]
具体的，本发明所述的待加工制品可以为金属材料铝、不锈钢等，还可以为陶瓷材料制品，如陶瓷、陶瓷玻璃，陶瓷材料制品主要含有氧化铝或氧化锆，紫外纳秒激光易被氧化铝/氧化锆吸收。所述待加工制品表面可以为平面，也可以为曲面。紫外纳秒激光指的是紫外激光在纳秒时间范围内单个脉冲作用于材料表面，单个脉冲作用时间为纳秒量级，紫外纳秒激光易于陶瓷材料吸收，单光子能量大，能够直接打破材料表面分子化学键产生刻蚀，对材料表面进行分子结构重组，从而在陶瓷材料表面形成亮面反光氧化层。其中，亮面反光氧化层，是指激光对陶瓷材料进行光热作用，使其迅速吸收光热，产生热能，瞬间“融化”氧化锆与陶瓷合成物，并“熔覆”于陶瓷材料表面，重组陶瓷表面分子结构，形成的第一图层“颗粒”整体平整，具有菱形镜面效果，能够最佳地反射光线，产生炫彩效果。
[0040]
在常规的实施方式中，对陶瓷制品表面进行镭雕加工采用的是红外纳秒激光，波长较长(1030-1064nm)，单光子能量小，陶瓷不易吸收，容易在陶瓷表面迅速产生高辐射热量，形成较粗的颗粒，容易产生渣滓、溅射，大范围发黑和热晕，加工出的图形仅仅具有普通的标识作用。
[0041]
其次，若采用皮秒激光，皮秒激光作用于陶瓷表面时间短，光斑细、光热低，通常称为“冷光”，不构成刻蚀条件，不具备对陶瓷表面熔覆、抛光修复条件，只是将材料表面分子重新排列。红外皮秒激光峰值功率很强可以瞬间穿透陶瓷表面，会对陶瓷形成物理性应力破坏，适合对陶瓷切割、蓝宝石玻璃穿孔/切割应用。
[0042]
而波长在523nm-606nm的绿光激光属于可见激光类型，对周围具有光污染影响，对人体眼睛具有瞬间短暂性失明影响，间接性降低视力。绿光激光只对陶瓷表面形成轻微的标记，适合应用于对陶瓷油墨去除和表面标记，绿光激光对陶瓷材料的作用只停留于表层。
[0043]
本技术提供的炫彩制品镭射加工工艺，使用紫外纳秒波长(230-400nm)激光，对待加工制品表面进行激光镭射，使待加工制品吸收等量激光热能量，在待加工制品表面生成一层反光氧化层，满足光的反射/折射条件，产生炫彩色，达到炫彩效果。相较于现有技术中的镀膜等颜色制备工艺，激光镭射更加具有市场前景，激光镭射具有工艺简单、可操作性强、加工时间短、无耗材、节约环保、减少成本、提高产能等优点，且制作出的图层永久不褪色、图案精准、炫彩效果好。
[0044]
所述紫外纳秒激光的波长例如可以为(230、240、250、260、270、280、290、300、310、320、330、335、340、345、350、355、360、365、370、375、380、385、390或400)nm，或230-400nm之间的任一值。
[0045]
优选地，所述紫外纳秒激光的能量占空比在60％-80％，例如可以为(60、63、65、66、68、70、71、72、73、74、75或80)％，或60％-80％之间的任一值。能量占空比指每一激光中
光束照射所占的比例，即脉冲持续时间与脉冲周期的比。能量占空比太大，会造成陶瓷材料表面发生碳化黄变现象，降低陶瓷强度。激光能量占空比太小，激光能量没有被陶瓷材料表面完全吸收，产生表面黑化，达不到炫彩效果。
[0046]
优选地，所述紫外纳秒激光的频率范围在20khz～40khz，例如可以为(20、21、23、25、26、28、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40)khz，或20khz～40khz之间的任一值。紫外纳秒激光的频率是指激光器的q开关可调谐的频率，配合激光能量调整激光能量强弱，频率值越大，峰值功率就越小。激光频率过低，会间接拉高激光能量，造成陶瓷材料表面发生碳化黄变现象，降低陶瓷强度。激光频率过高，激光能量没有被陶瓷材料表面完全吸收，产生表面黑化，达不到炫彩效果。
[0047]
优选地，所述紫外纳秒激光的填充间距为0.006mm～0.014mm，填充间距是指激光软件在需要镭射的区域所填实线条之间的距离，控制着标刻图形里的线条疏密程度，线条太稀疏陶瓷表面会有明显的激光纹路，实线间距合适时陶瓷表面会均匀的覆盖激光热能，没有激光划痕，填充密度例如可以为(0.006、0.007、0.008、0.009、0.01、0.011、0.012、0.013或0.014)mm，或0.006mm～0.014mm之间的任一值。填充密度太稀疏，会导致激光不能密集型整列反射效果，填充密度太密，加工时间过长，效率低，填充间距在0.006mm～0.014mm之间，效果最优。
[0048]
优选地，所述紫外纳秒激光的填充角度不与光的入射角度平行或重叠。填充角度是指在需要镭雕的区域填充实线条的角度，控制着填充线的方向，决定镭雕图形里的纹路。如图1a的填充角度为45度，图1b的填充角度为90度，图1c的填充角度为0度。填充角度如果趋近于水平角度(即0度或180度)，形成的图形纹路与光的入射角度平行或重叠，没有夹角，镭雕后陶瓷表面的形状结构不能构成光的折射和反射条件，以至于炫彩效果不理想，或无炫彩效果。
[0049]
优选地，所述填充角度为30～60度，例如可以为(30、32、35、36、38、40、41、43、45、46、48、50、52、56、59或60)度，或30～60度之间的任一值。激光按30度～60度的填充角度刻画在陶瓷表面，结合填充密度的稀疏间隔，形成特定角度的反射光“镜面”，与入射光形成夹角达到光的折/反射条件，形成炫光。
[0050]
优选地，所述填充角度为45度。填充角度为45度时，外界任意角度光的入射角与填充角度都有夹角，充分饱和的反射并折射光，可以形成均匀又浓密的炫彩，炫彩效果最好。
[0051]
在一优选实施例中，所述激光镭射雕刻包括两次制程，通过第一次制程在所述待加工表面形成第一图层，通过第二次制程在所述第一图层上形成第二图层。
[0052]
本发明方案的230-400nm紫外纳秒激光通过第一次镭射雕刻制程首先破开材料表面分子键，使其吸收激光，改变材料表面分子结构，再利用第二次镭射雕刻制程进行激光修复，激光修复指的是利用低占空比的激光能量对材料表面做抛光/清扫材料表面微粒，使材料表面形成一层反光氧化层，满足光的折/反射条件，最终形成炫彩效果。
[0053]
优选地，制作所述第一图层采用激光的能量占空比在70％～80％，例如为(70、71、72、73、74、75、76、77、78、79或80)％。制作所述第二图层采用激光的能量占空比在60％～70％，例如为(60、61、62、63、64、65、66、67、68、69或70)％。
[0054]
能量占空比，指每一激光脉冲中光束照射时间所占的比例，即脉冲持续时间与脉冲周期的比，用来衡量激光发射出来的能量大小，一般情况下，在平均功率一定时，占空比
越大，激光的峰值功率越大，每次脉冲照射时的能量会相应增大，为了更精准的控制能量大小，采用阀门式开关控制能量输出，列如，100瓦能量的满功率激光，为了达到抛光修复目的，只需要用到100瓦中的30瓦，就标记为30％，称为100的30瓦占空比，能量占空比直接影响镭射后的反光效果，能量占空比越小，镭射得越浅，如果镭射的太深，那么，当光线入射后，反射出来的就非常少，这样会容易造成“黑面”效果，相反，反射出来的光太多，会形成“白面”效果。
[0055]
优选地，制作所述第一图层采用激光的频率范围在30khz～40khz，例如为(30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40)khz。制作所述第二图层采用激光的频率范围在20khz～30khz，例如为(20、21、22、23、24、25、26、27、28、29或30)khz。
[0056]
在一优选实施例中，制作所述第一图层采用激光的速度为100～200mm/s，例如可以为(100、110、120、130、14、150、160、170、180、190或200)mm/s。制作第一图层采用的激光速度太快时，激光束停留在陶瓷材料表面的时间太短，陶瓷材料没有足够的时间吸收到激光光热，陶瓷材料表面不发生任何变化，保持原色。
[0057]
在一优选实施例中，制作所述第二图层采用激光的速度为700～1000mm/s，例如可以为(700、750、800、850、900、950或1000)mm/s。制作第二图层采用的激光速度太慢，激光停留在材料表面的时间会延长，吸收的光热过多，会变成黑色，激光速度太快了，停留时间太短，达不到抛光和修复的条件，会形成粗细不一的粗糙反射层面。
[0058]
优选地，所述第一图层和所述第二图层的填充次数分别为1～2次。第一图层的填充次数可以为1次或2次，第二图层的填充次数也可以为1次或2次，第一图层和第二图层的填充次数可以相同，也可以不相同。
[0059]
具体的，所述激光器的电流为35a～42a；优选地，所述激光器的电流为38.5a。电流使用的大小是激光器内部模块决定，一般的dilas模块所使用的电流设定在40a左右，如果没有达到此电流要求，激光镭雕的效果会是黑色和无色。通过设定稳定的电流，以提供稳定的外部能量供应。
[0060]
具体的，所述激光的焦点聚焦在所述待加工制品表面，便于激光填充，提高激光利用率；优选地，所述激光器的焦距为31mm～33mm，例如可以为(31、31.5、32、32.5或33)mm。
[0061]
可选地，使用激光器对待加工制品表面进行激光镭射雕刻之前还可以包括对待加工制品进行清洗和镀af膜。首先清洗材料表面的粉尘脏污，提高材料表面的黏着力，为镀膜创造干净无亮点的条件。然后，在陶瓷材料表面镀af膜，使陶瓷材料表面平滑，洁亮，能够有效增强激光能量在制品表面的吸收作用，并且均匀性和饱和度好。
[0062]
本技术还提供一种炫彩制品，由上述的炫彩制品镭射加工工艺加工得到。
[0063]
该炫彩制品表面炫彩永久不褪色，光线单一亮彩，颜色饱和度、亮度、均匀性、炫目功能等性能都更优异。
[0064]
本技术还提供一种电子产品，包括上述的炫彩制品。
[0065]
下面将结合具体实施例对本技术的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本技术，而不应视为限制本技术的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0066]
实施例1
[0067]
第一步：陶瓷玻璃清洗。
[0068]
第二步：陶瓷玻璃表面镀af。af的厚度标准在10um
±
1um。
[0069]
第三步：将镀好af的陶瓷玻璃放置于激光工装夹具位置并固定好。
[0070]
第四步：调整好激光器镜头与陶瓷玻璃表面的角度垂直，并校正激光焦距为31mm。
[0071]
第五步：修改合适的激光镭射参数，按照表1所示的参数，设定激光镭射参数中的频率、能量占空比、电流。
[0072]
第六步：将需要镭射的图案/文字导入工控机，按照表1所示的参数，通过激光软件设定填充间距、填充角度、填充次数、镭射次数2次(第一图层为1次，第二图层为1次，共两次)。
[0073]
第七步：完成激光镭射加工。
[0074]
表1实施例1的激光镭射参数
[0075][0076][0077]
实施例1的镭射加工完成后的陶瓷玻璃的显微镜观察结果如图2a所示，成品效果图如图2b所示，炫彩颜色很明显，效果ok。填充角度为45度时，外界任意角度光的入射角与填充角都有夹角度，充分饱和的反射并折射光，形成均匀又浓密的炫彩。配合适当的第一图
层的激光速度130mm/s，让陶瓷玻璃在饱和的能量占空比73％条件下，吸收能产生氧化层的频率，形成炫彩。
[0078]
对比例1
[0079]
与实施例1的区别在于，对比例1的激光镭射的工艺参数按照表2所示进行调整，其它步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
[0080]
表2对比例1的激光镭射参数
[0081][0082][0083]
对比例1的镭射加工完成后的陶瓷玻璃的显微镜观察结果如图3a所示，成品效果图如图3b所示，表面发黄严重，没有炫彩颜色，主要是因为填充间距太小为0.004mm，填充太密集，激光束太密集，激光光热过于饱和，陶瓷吸收发生外溢，导致碳化现象，产生表面黄变。
[0084]
对比例2
[0085]
与实施例1的区别在于，对比例2的激光镭射的工艺参数按照表3所示进行调整，其它步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
[0086]
表3对比例2的激光镭射参数
[0087][0088][0089]
对比例2的镭射加工完成后的陶瓷玻璃的显微镜观察结果如图4a所示，成品效果图如图4b所示，表面发黑，没有炫彩颜色，主要是由于当制作第一图层的激光能量占空比低于70％的时候，激光束没有完全破开陶瓷表面，并且填充角度为0度，入射光与陶瓷氧化层基本平行重合，不能形成有效反射光和折射光，陶瓷保持原色。
[0090]
对比例3
[0091]
与实施例1的区别在于，对比例3的激光镭射的工艺参数按照表4所示进行调整，其它步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
[0092]
表4对比例3的激光镭射参数
[0093]
[0094][0095]
对比例3的陶瓷玻璃表面发黄严重，有微弱炫彩颜色。当制作第一图层的激光能量占空比太高达到82％时，激光束光热会对陶瓷表面进行“灼烧”效应，产生二氧化碳，导致陶瓷表面黄变，制作第二图层的激光频率为32khz时，间接拉高激光能量，致使陶瓷表面发生碳化黄变现象。利用第二图层的低占空比，对陶瓷玻璃表面进行填复修复，使表面粗糙度均匀细腻，形成氧化膜层，达到反射/折射条件，产生一定的炫光。
[0096]
对比例4
[0097]
与实施例1的区别在于，对比例4的激光镭射的工艺参数按照表5所示进行调整，其它步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
[0098]
表5对比例4的激光镭射参数
[0099][0100]
对比例4中的激光镭雕工艺参数，采用的频率太高，激光能量太大，导致陶瓷发生碳化，黄变严重，没有炫彩效果。
[0101]
对比例5
[0102]
与实施例1的区别在于，对比例5的激光镭射的工艺参数按照表6所示进行调整，其它步骤与实施例1相同，在此不再赘述。
[0103]
表6对比例5的激光镭射参数
[0104][0105]
对比例5的镭射加工完成后的陶瓷玻璃的显微镜观察结果如图5a所示，成品效果图如图5b所示，表面发黑，有微弱炫彩颜色。主要是当制作第一图层的激光速度太快时(300mm/s)，激光束停留在陶瓷玻璃表面的时间太短，陶瓷没有足够的时间吸收到激光光热，陶瓷表面不发生任何变化，保持原色，并且填充角度为0度，入射光与陶瓷氧化层基本平行重合，不能形成有效反射光和折射光。由于有第二图层的填充修复作用，而产生了微弱的炫彩光线。
[0106]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。
[0107]
此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本技术的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之
一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本技术的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。