用于金属环带的无碳化激光加工系统及方法与流程

本技术涉及激光精密加工，尤其是激光对介入式或植入式医疗器械的切割、打孔和刻蚀等加工领域，具体涉及一种用于金属环带的无碳化激光加工系统及方法。

背景技术：

1、激光加工由于其能量密度高、热影响区域小、加工过程中无接触损伤、无机械加工应力、可加工高硬脆材料、噪声小且不使用切削、不存在刀具磨损、易于集成自动化控制等优势，是一种高效安全、绿色环保的加工方式，广泛应用于航空航天、汽车船舶、数码电子、介入式或植入式医疗器械等高端制造领域。

2、其中，介入式医疗器械是指通过外科手段插入人体或自然腔口中，进行短时间的治疗或检查，治疗或检查完毕即取出。如：血管内造影导管、球囊扩张导管、中心静脉导管、动静脉测压导管、一次性介入治疗仪探头等。植入式医疗器械是指通过外科手段全部或部分插入人体或自然腔口中或替代上表皮或眼表面，并在体内至少存留30天，且只能通过外科或内科手段取出的骨钉、人工器官以及心脏支架等器械。

3、在传统的使用长脉冲激光(微秒、纳秒等)的加工应用中，激光与材料的主要相互作用是将激光能量转化为热效应，以使材料熔化和气化，从而实现材料的去除。然而，该过程中，由于热量的累积，会形成较大且强烈的热影响区(haz，heataffectedzone)。在介入式或植入式医疗器械的材料加工应用中，该热影响区域会使得材料加工区域发生过热形变、熔边、氧化发黑、残渣以及毛边等不利影响，从而造成功能或外观损坏，降低产品品质和良品率，通常还需要引入繁琐的后续清洁步骤来消除不利影响，极大地增大生产成本。

4、因此，上述技术问题亟待解决。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种用于金属环带的无碳化激光加工系统及方法，以解决或部分解决在介入式或植入式医疗器械的材料加工应用中，材料加工区域发生过热形变、熔边、氧化发黑、残渣以及毛边等不利影响，从而造成功能或外观损坏，降低产品品质和良品率，通常还需要引入繁琐的后续清洁步骤来消除不利影响，极大地增大生产成本的问题。

2、一种用于金属环带的无碳化激光加工系统，沿光路依次设置的：

3、激光器，用于发射第一飞秒激光束，所述第一飞秒激光束为线偏振光；

4、扩束镜，用于对所述第一飞秒激光束进行扩束，以使所述第一飞秒激光束具有均匀能量密度；

5、偏振调控元件，用于调整扩束后的所述第一飞秒激光束的偏振态分布，形成第二飞秒激光束；

6、光束调整模块，用于改变所述第二飞秒激光束的传输方向，且，调整所述第二飞秒激光束的角度，以形成第三飞秒激光束；

7、聚焦模块，用于对所述第三飞秒激光束进行聚焦处理，并获得焦点光斑，以使所述焦点光斑直接作用于金属环带进行加工。

8、通过采用上述技术方案，利用扩束镜使得激光器发射的第一飞秒激光束具有均匀能量密度，并且，通过偏振调控元件调整第一飞秒激光束的偏振态分布，获得第二飞秒激光束，再利用光束调整模块对第二飞秒激光束进行处理，得到第三飞秒激光束，然后，通过聚焦模块对第三飞秒激光束进行聚焦处理，将得到的焦点光斑直接作用于金属环带，提高了金属环带的加工质量以及产品加工质量，降低了加工过程中的产品损耗率，且，避免了后续清洁步骤，提高了加工效率。

9、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述偏振调控元件具有快轴；

10、所述偏振调控元件被配置为能够通过调节所述快轴的方向，以调控扩束后的所述第一飞秒激光束的偏振态分布，形成第二飞秒激光束。

11、通过采用上述技术方案，第一飞秒激光束的偏振方向和偏振调控元件的快轴方向平行，使得第一飞秒激光束在偏振调控元件内具有大的相位速度，并且，使第一飞秒激光束入射时的偏振方向同偏振调控元件的轴向成45度夹角，进而改变第一飞秒激光束的偏振态分布，得到圆偏振光，即形成第二飞秒激光束。

12、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述光束调整模块包括多组反射镜和扫描振镜；

13、所述第二飞秒激光束经过多组所述反射镜后改变传输方向；

14、通过所述扫描振镜将传输方向改变后的所述第二飞秒激光束的角度进行调整，并进行高速二维扫描，形成第三飞秒激光束。

15、通过采用上述技术方案，多组反射镜的设置将第二飞秒激光束的传输方向改变，提高了第二飞秒激光束的高反射率，并且，通过扫描振镜实现第二飞秒激光束在水平面内二维高速扫描，形成第三飞秒光束，用于使焦点光斑在金属环带上快速而准确的定位，并且，通过扫描振镜以一定的速度往复移动第二飞秒激光束从而获得规定的图案。

16、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述扫描振镜包括旋转电机和镜片，所述镜片设置于所述旋转电机上；

17、通过所述旋转电机带动所述镜片进行偏摆，以对所述第二飞秒激光束进行高速二维扫描，形成第三飞秒激光束。

18、通过采用上述技术方案，旋转电机带动镜片进行偏摆，进而实现二维可控的激光光束偏转，得到第三飞秒激光束，并且，该第三飞秒激光束可被快速而准确的定位。

19、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述旋转电机包括x轴旋转电机和y轴旋转电机，所述镜片包括第一镜片和第二镜片，所述第一镜片设置于所述x轴旋转电机上，所述第二镜片设置于所述y轴旋转电机上；

20、通过所述x轴旋转电机带动所述第一镜片对所述第二飞秒激光束在x轴方向进行高速一维扫描，同时，通过所述y轴旋转电机带动所述第二镜片对所述第二飞秒激光束在y轴方向进行高速一维扫描，用于实现所述第二飞秒激光束在平面内的高速二维扫描，形成第三飞秒激光束。

21、通过采用上述技术方案，x轴旋转电机和y轴旋转电机相互配合转动来带动第一镜片和第二镜片发生偏转，进而带动经第一镜片和第二镜片反射后的出射光束运动，即第三飞秒激光束，进而实现平面扫描，保障了金属环带加工位置的精度。

22、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：一种用于金属环带的无碳化激光加工系统，还包括旋转台，用于对所述金属环带进行夹持，以使焦点光斑对所述金属环带进行加工。

23、通过采用上述技术方案，旋转台设置为两个，通过两个旋转台对金属环带进行夹持，减少金属环带变形和划伤等现象的发生，提高金属环带的加工精度和加工效果。

24、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述旋转台的下端设置有直驱电机，所述旋转台可移动设置于所述直驱电机上。

25、通过采用上述技术方案，通过直驱电机控制旋转台移动，进而对金属环带的加工长度进行调整。

26、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：一种用于金属环带的无碳化激光加工系统，还包括注水管和旋转接头，所述注水管通过所述旋转接头连接于所述金属环带，用于对加工后的所述金属环带进行降温。

27、通过采用上述技术方案，注水管的设置既可降低激光加工过程中的热效应，同时也可以对金属环带内壁起到保护作用，并且，旋转接头的设置降低金属环带在加工过程中旋转使得注水管变形的可能性。

28、本技术目的二是提供一种用于金属环带的无碳化激光加工方法。

29、本技术的上述申请目的二是通过以下技术方案得以实现的：

30、一种用于金属环带的无碳化激光加工方法，包括：

31、根据激光加工参数利用激光器发射第一飞秒激光束，所述第一飞秒激光束为线偏振光；

32、通过扩束镜将所述第一飞秒激光束进行扩束；

33、通过所述偏振调控元件调整扩束后的所述第一飞秒激光束的偏振态分布，形成第二飞秒激光束；

34、根据光束调整模块改变所述第二飞秒激光束的传输方向和角度，形成第三飞秒激光束；

35、利用聚焦模块对所述第三飞秒激光束进行聚焦处理，获得焦点光斑，以使所述焦点光斑直接作用于金属环带进行加工。

36、本技术在一较佳示例中可以进一步配置为：所述根据光束调整模块改变所述第二飞秒激光束的传输方向和角度，形成第三飞秒激光束，包括：

37、获取所述金属环带的空间位置信息；

38、基于所述激光加工参数和所述空间位置信息，对所述第二飞秒激光束的焦点进行调整，用于确保所述焦点光斑在所述金属环带的焦点位置为正焦。

39、综上，本技术包括以下有益技术效果：

40、上述用于金属环带的无碳化激光加工系统，包括沿光路依次设置的：激光器、扩束镜、偏振调控元件、光束调整模块以及聚焦模块。在激光加工过程中，通过激光器输出高光束质量的飞秒激光脉冲，即第一飞秒激光束。经过扩束镜的扩束后，第一飞秒激光束直径扩大到预设尺寸，且光斑各点处的能量分布更加均匀。扩束后的第一飞秒激光束经过偏振调控元件改变第一飞秒激光束的偏振态分布，形成第二飞秒激光束。第二飞秒激光束经过光束调整模块中的多组反射镜改变激光的传输方向，并且改变传输方向后的第二飞秒激光束经过光束调整模块中的扫描振镜，通过扫描振镜的电机旋的高速旋转带动振镜两个轴的镜片偏摆，实现第二飞秒激光束在水平面内二维高速扫描，得到第三飞秒激光束，并且，通过扫描振镜高速调控使得焦点光斑沿着预设的轨迹在二维平面内高速扫描，实现二维复杂图形结构的超精密切割。该第三飞秒激光束经过高品质的聚焦模块的强烈聚焦后，可以产生具有高真圆度的焦点光斑，其中，该焦点光斑具有极高的密度，其直接作用金属环带上时，可以瞬间使金属环带气化，实现金属环带的精确去除。此外，配合旋转台，使金属环带高速旋转，即可实现三维复杂结构的超精密切割。该技术方案利用飞秒激光加工金属环带，峰值功率高，容易引起金属环带的解离，热效应小，加工精度高，基本可以做到零碳化加工，提高了金属环带的加工质量、加工效率以及产品加工质量，且，降低了加工过程中的产品损耗率。