一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法及装置，该方法包括以下步骤：先将超硬材料放置于用于加工的平台上，而后采用纳秒激光器对超硬材料的待切割位置进行竖直切割，从而在超硬材料上形成切割横截面；而后采用飞秒激光器对切割横截面进行扫描加工；继续采用飞秒激光器对切割横截面进行二次扫描加工，完成初步抛光；最后采用纳秒激光器对初步抛光后的切割横截面进行扫描加工，使切割横截面处的微纳结构表面熔融后形成平整、光滑的表面，完成精细抛光加工。本发明专利技术方法分别依次通过两种激光器实现对切割横截面的初步抛光和精细抛光，使切割横截面形成平整、光滑的表面，抛光效果好。

Laser polishing technology and device for cutting cross section of superhard material

【技术实现步骤摘要】
一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法及装置
本专利技术属于激光抛光
，具体涉及一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法及装置。
技术介绍
超硬材料(SuperhardMaterial)，顾名思义，是指硬度特别高的材料，比如金刚石、立方氮化硼(PCBN)、碳化硅以及一些硬质合金等。超硬材料适于用来制造加工其它材料的工具，尤其是在加工硬质材料方面，具有无可比拟的优越性，占有不可替代的重要地位。正是因为超硬材料的高硬度特点，传统机械加工这种材料具有非常大的挑战，激光加工作为一种新型加工技术，具有高效率、高柔性等优点，非常适合超硬材料的切割，但激光切割超硬材料的横截面会产生很多条纹，一般是不希望存在的，所以去除条纹并抛光也需要通过激光实现；它通过一个聚焦的激光束斑作用在粗糙的原始材料表面，造成材料表面凸起薄层的熔化和蒸发。熔化的材料，由于材料本身的表面张力和重力的作用发生流动，填补材料表面凹陷处并发生凝固，最终得到理想的抛光材料表面，激光在材料表面抛光应用具有其潜在的各种优势，其不仅具有可选择的抛光速度，无化学污染，抛光过程可检测性，而且是一种非接触加工方法，可以通过计算机来控制，对于复杂的材料表面几何，激光抛光也能快速实现微米尺度的抛光，并且对于不同的材料表面，激光可以选择不同的输出能量和频率特性；但现有技术中对切割横截面的抛光效果不理想。
技术实现思路
本专利技术目的在于为克服现有的技术缺陷，提供一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法及装置，分别依次通过两种激光器实现对切割横截面的初步抛光和精细抛光，使切割横截面形成平整、光滑的表面，抛光效果好。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法，包括以下步骤：S1、先将超硬材料放置于用于加工的平台上，而后采用纳秒激光器对超硬材料的待切割位置进行竖直切割，从而在超硬材料上形成切割横截面；S2、而后采用飞秒激光器对切割横截面进行扫描加工，用于去除切割横截面处的表面条纹；S3、继续采用飞秒激光器对切割横截面进行二次扫描加工，使切割横截面处形成微纳结构表面，完成初步抛光；S4、最后采用纳秒激光器对初步抛光后的切割横截面进行扫描加工，使切割横截面处的微纳结构表面熔融后形成平整、光滑的表面，完成精细抛光加工。进一步的，步骤S1和S4中，纳秒激光器采用波长为515～532nm的绿光或1030～1064nm的红外光，脉宽为50～100ns，频率100～300KHz。进一步的，步骤S2和S3中，飞秒激光器采用波长为515～532nm的绿光或1030～1064nm的红外光，脉宽为50～900fs，频率150～1000KHz。进一步的，所述超硬材料为非金属材料、金属材料或硬质合金。进一步的，所述超硬材料包括但不限于金刚石、碳化硅、碳化钨、氮化硼等。还提供了一种超硬材料切割横截面的激光抛光装置，包括可沿X轴和Y轴方向移动的XY平台以及两组对称设于XY平台上方的第一激光抛光装置和第二激光抛光装置；所述第一激光抛光装置包括竖直设于XY平台上方的第一激光烧蚀头、用于发射激光的纳秒激光器以及将激光传输入第一激光烧蚀头内的第一光路传导镜组；所述第二激光抛光装置包括竖直设于XY平台上方的第二激光烧蚀头、用于发射激光的飞秒激光器以及将激光传输入第二激光烧蚀头内的第二光路传导镜组。进一步的，所述纳秒激光器和飞秒激光器朝相反方向水平设置，所述第一光路传导镜组和第二光路传导镜组均包括两个呈45度角倾斜并相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第一反射镜用于接收纳秒激光器或飞秒激光器发出的激光束并将激光束纵向传输至第二反射镜，所述第二反射镜用于接收第一反射镜传输来的激光束并将激光束横向传输至第一激光烧蚀头或第二激光烧蚀头。进一步的，所述第一反射镜与纳秒激光器和飞秒激光器之间均设有扩束镜；所述第一激光烧蚀头或第二激光烧蚀头均包括由上往下依次设置的扫描振镜和场镜，通过所述扫描振镜接收所述第二反射镜传输来的激光束。还提供了另一种超硬材料切割横截面的激光抛光装置，包括可沿X轴和Y轴方向移动的XY平台以及设于XY平台上方的激光抛光装置，所述激光抛光装置包括竖直设于XY平台上方的激光烧蚀头、用于发射激光的飞秒激光器以及将飞秒激光器发出的激光传输入激光烧蚀头内的第一光路传导镜组，还包括与所述飞秒激光器平行设置的纳秒激光器以及将纳秒激光器发出的激光传输至第一光路传导镜组的第二光路传导镜组，所述第二光路传导镜组中包括一个可拆卸设于所述飞秒激光器与第一光路传导镜组之间并呈45度角倾斜设置的第三反射镜。进一步的，所述纳秒激光器和飞秒激光器水平设置并呈上下平行分布，所述第一光路传导镜组包括两个呈45度角倾斜并相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第二光路传导镜组还包括一个呈45度角倾斜并与第三反射镜相对设置的第四反射镜，所述第四反射镜用于接收纳秒激光器发出的激光束并将激光束纵向传输至第三反射镜，所述第三反射镜用于接收第四反射镜传输来的激光束并将激光束横向传输至第一反射镜，所述第一反射镜用于接收飞秒激光器发出的激光束或接收第三反射镜传输来的激光束并将激光束纵向传输至第二反射镜，所述第二反射镜用于接收第一反射镜传输来的激光束并将激光束横向传输至所述激光烧蚀头。进一步的，所述第四反射镜与纳秒激光器设有扩束镜，所述第三反射镜与飞秒激光器之间也设有扩束镜；所述激光烧蚀头包括由上往下依次设置的扫描振镜和场镜，通过所述扫描振镜接收所述第二反射镜传输来的激光束。本专利技术具有以下有益效果：本专利技术先利用纳秒激光器对切超硬材料进行切割，从而在切割位处形成切割横截面，而后先利用飞秒激光器扫描加工去除切割横截面处的表面条纹，使之基本平整，继续使用飞秒激光器进行二次扫描加工完成初步抛光，进一步提高表面平整度并在表面形成微纳结构，最后再采用纳秒激光器对初步抛光后的切割横截面进行扫描加工，使切割横截面处的微纳结构表面熔融后形成平整、光滑的表面，完成精细抛光加工，整体抛光效果好；且通过控制纳秒激光器和飞秒激光器的激光波长、脉宽、频率参数来进一步确保各步骤扫描加工有效性和加工品质。另外本专利技术中提供的激光抛光装置具有结构简单、加工操作方便和适用性广的特点。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本专利技术的不当限定，在附图中：图1为实施例1步骤a中第一次切割后的切割横截面的示意图；图2为实施例1步骤b中切割横截面经第一次扫描加工后的示意图；图3为实施例1步骤c中切割横截面经初步抛光加工后的示意图；图4为实施例1步骤d中切割横截面经精细抛光加工后的示意图；图5为实施例2中激光抛光装置的示意图；图6为实施例3中激光抛光装置的示意图。具体实施方式为了更充分的理解本专利技术的
技术实现思路
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【技术保护点】
1.一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、先将超硬材料放置于用于加工的平台上，而后采用纳秒激光器对超硬材料的待切割位置进行竖直切割，从而在超硬材料上形成切割横截面；/nS2、而后采用飞秒激光器对切割横截面进行扫描加工，用于去除切割横截面处的表面条纹；/nS3、继续采用飞秒激光器对切割横截面进行二次扫描加工，使切割横截面处形成微纳结构表面，完成初步抛光；/nS4、最后采用纳秒激光器对初步抛光后的切割横截面进行扫描加工，使切割横截面处的微纳结构表面熔融后形成平整、光滑的表面，完成精细抛光加工。/n

【技术特征摘要】
1.一种超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、先将超硬材料放置于用于加工的平台上，而后采用纳秒激光器对超硬材料的待切割位置进行竖直切割，从而在超硬材料上形成切割横截面；
S2、而后采用飞秒激光器对切割横截面进行扫描加工，用于去除切割横截面处的表面条纹；
S3、继续采用飞秒激光器对切割横截面进行二次扫描加工，使切割横截面处形成微纳结构表面，完成初步抛光；
S4、最后采用纳秒激光器对初步抛光后的切割横截面进行扫描加工，使切割横截面处的微纳结构表面熔融后形成平整、光滑的表面，完成精细抛光加工。


2.如权利要求1所述的超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法，其特征在于，步骤S1和S4中，纳秒激光器采用波长为515～532nm的绿光或1030～1064nm的红外光，脉宽为50～100ns，频率100～300KHz。


3.如权利要求1所述的超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法，其特征在于，步骤S2和S3中，飞秒激光器采用波长为515～532nm的绿光或1030～1064nm的红外光，脉宽为50～900fs，频率150～1000KHz。


4.如权利要求1-3任一项所述的超硬材料切割横截面的激光抛光工艺方法，其特征在于，所述超硬材料为非金属材料、金属材料或硬质合金。


5.一种超硬材料切割横截面的激光抛光装置，其特征在于，包括可沿X轴和Y轴方向移动的XY平台以及两组对称设于XY平台上方的第一激光抛光装置和第二激光抛光装置；所述第一激光抛光装置包括竖直设于XY平台上方的第一激光烧蚀头、用于发射激光的纳秒激光器以及将激光传输入第一激光烧蚀头内的第一光路传导镜组；所述第二激光抛光装置包括竖直设于XY平台上方的第二激光烧蚀头、用于发射激光的飞秒激光器以及将激光传输入第二激光烧蚀头内的第二光路传导镜组。


6.如权利要求5所述的超硬材料切割横截面的激光抛光装置，其特征在于，所述纳秒激光器和飞秒激光器朝相反方向水平设置，所述第一光路传导镜组和第二光路传导镜组均包括两个呈45度角倾斜并相对设置的第一反射镜和第二反射镜，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹达，熊波波，
申请(专利权)人：英诺激光科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44