一种固体材料微孔加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于微孔加工技术领域，尤其涉及一种固体材料微孔加工装置及方法，包括沿激光发射路径依次排列分布的用于发射光束激光的激光系统、用于激光光束扩束的扩束系统、用于对激光圆度进行调节的偏振部件、用于调节激光光束焦点的变焦系统、用于改变激光光束路径的偏转系统以及用于激光光束聚焦的聚焦系统；在加工过程中，通过变焦系统对激光光束的变焦以及聚焦系统对激光光束的聚焦，可在较厚材料上实现高质量、低锥度的微孔加工；整个设备结构简单，成本低。成本低。成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种固体材料微孔加工装置及方法


[0001]本专利技术属于微孔加工
，尤其涉及一种固体材料微孔加工装置及方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着高新技术的发展，微型精密化部件的制造需求越来越大，如微型喷嘴、微型滤网、微型电子元件、高科技医疗设备等等，其中微孔加工技术是精密元件制造的关键技术之一。微孔通常是指直径在1μm
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1mm之间的孔，传统的加工方法有机械钻孔、电火花钻孔等，这两种方法均存在一定的问题，例如机械钻孔在孔径低于0.2mm时很难加工，电火花钻孔效率非常慢并且孔壁质量较差。随着激光技术的飞速发展，激光钻孔已成为目前的主流方向。
[0003]激光钻孔是一种非接触加工方式，加工速度快，成孔质量高，现有的激光钻孔方法有二维振镜扫描钻孔，采用高峰值功率的脉冲激光结合二维振镜扫描，在二维平面内控制光束的运动轨迹，对孔内材料进行烧蚀去除，实现钻孔；但是二维振镜扫描钻孔适用于厚度较薄的材料，当材料厚度超过聚焦光斑焦深时，由于离焦效应，热影响及锥度会明显增加，加工效果差。

技术实现思路

[0004]本专利技术公开一种固体材料微孔加工装置及方法，主要解决在厚材料微孔加工中加工效果差的问题。
[0005]为实现所述目的，本专利技术提供的一种固体材料微孔加工装置，包括沿激光发射路径依次排列分布的用于发射光束激光的激光系统、用于激光光束扩束的扩束系统、用于对激光圆度进行调节的偏振部件、用于调节激光光束焦点的变焦系统、用于改变激光光束路径的偏转系统以及用于激光光束聚焦的聚焦系统。
[0006]优选的，所述激光系统为脉冲激光器，具体为皮秒激光器或飞秒激光器。
[0007]优选的，所述脉冲激光器的脉冲宽度＜20ps。
[0008]优选的，所述扩束系统为激光扩束镜，且扩束倍速为2倍～10倍。
[0009]优选的，所述偏振部件为对应激光系统工作波长的1/4波片。
[0010]优选的，所述激光系统(1)的工作波长为200nm～2000nm。
[0011]优选的，所述偏转系统为二维扫描振镜。
[0012]优选的，所述聚焦系统包括聚焦透镜组和同轴吹气结构，所述同轴吹气结构包括用于压缩气体喷出的喷头、设置在喷头底端的喷嘴，所述聚焦透镜组射出的激光光束从喷嘴射出。
[0013]本专利技术还提供一种固体材料微孔加工方法，采用固体材料微孔加工装置进行加工，加工步骤如下：
[0014]扩束步骤：激光系统发射的线偏振光经扩束系统后，增加光束的直径、压缩光束的发散角；
[0015]偏振步骤：扩束后的线偏振光经偏振系统后，将线偏振光变为圆偏振光；
[0016]变焦步骤：偏振后的圆偏振光经变焦系统，控制激光光束焦点上下移动至所需位置；
[0017]偏转步骤：变焦后的激光光束经偏转系统，调整激光光束的运动轨迹；
[0018]聚焦步骤：偏转后的激光光束经聚焦系统进行聚焦，
[0019]开孔步骤：聚焦后的激光光束直接作用在工件上进行微孔加工，在加工过程中采用逐级分段式加工。
[0020]本专利技术提供的技术方案至少具有如下技术效果：
[0021]本申请公开的固体材料微孔加工装置，在加工过程中，通过变焦系统对激光光束的变焦以及聚焦系统对激光光束的聚焦，可在较厚材料上实现高质量、低锥度的微孔加工；整个设备结构简单，成本低。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0023]图1为本专利技术实施例固体材料微孔加工装置的结构光学原理图；
[0024]图2为本专利技术实施例微孔加工原理图；
[0025]图3为本专利技术实施例微孔加工二维平面内激光扫描轨迹图；
[0026]图4为本专利技术实施例微孔加工三维平面内激光扫描轨迹图；
[0027]图5为本专利技术实施例固体材料微孔加工装方法的流程图；
[0028]图6为本专利技术实施例采用固体材料微孔加工装方法对不锈钢材料钻孔效果图；
[0029]图7为本专利技术实施例采用固体材料微孔加工装方法对陶瓷材料钻孔效果图；
[0030]图8为本专利技术实施例采用固体材料微孔加工装方法对双层结构医用导管(PEBX塑料+304不锈钢)钻孔效果图。
[0031]主要附图标记说明：1、激光系统；2、扩束系统；3、偏振部件；4、变焦系统；401、第一透镜；402、第二透镜；403、音圈电机；5、偏转系统；6、聚焦系统；601、聚焦透镜组；602、同轴吹气结构；603、进气口；604、喷嘴；7、加工样件。
具体实施方式
[0032]下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术的实施例，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0033]在本专利技术实施例的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。
[0034]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0035]参照图1，本实施例公开一种固体材料微孔加工装置及方法固体材料微孔加工装置包括沿激光发射路径依次排列分布的用于发射光束激光的激光系统1、用于激光光束扩束的扩束系统2、用于对激光圆度进行调节的偏振部件3、用于调节激光光束焦点的变焦系统4、用于改变激光光束路径的偏转系统5以及用于激光光束聚焦的聚焦系统6。所述激光系统1为脉冲超快激光器，具体为皮秒激光器或飞秒激光器。脉冲激光器的脉冲宽度＜20ps；且激光系统1的优选工作波长为200nm～2000nm；所述扩束系统2为对应激光系统1工作波长的激光扩束镜，且扩束倍速为2倍～10倍。所述偏振部件3为对应激光系统1工作波长的1/4波片。所述变焦系统4为自动光学变焦系统4，所述变焦系统4包括可供激光光束依次穿过的第一透镜401和第二透镜402、用于第一透镜401和第二透镜402之间距离调节的调节装置。第二透镜402位置固定，第二透镜402可沿着激光传输方向左右移动；所述调节装置包括用于第一透镜401安装的音圈电机403，所述音圈电机403可带动第一透镜4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种固体材料微孔加工装置，其特征在于，包括沿激光发射路径依次排列分布的用于发射光束激光的激光系统(1)、用于激光光束扩束的扩束系统(2)、用于对激光圆度进行调节的偏振部件(3)、用于调节激光光束焦点的变焦系统(4)、用于改变激光光束路径的偏转系统(5)以及用于激光光束聚焦的聚焦系统(6)。2.根据权利要求1所述的固体材料微孔加工装置，其特征在于，所述激光系统(1)为脉冲激光器，具体为皮秒激光器或飞秒激光器。3.根据权利要求2所述的固体材料微孔加工装置，其特征在于，所述脉冲激光器的脉冲宽度＜20ps。4.根据权利要求1所述的固体材料微孔加工装置，其特征在于，所述扩束系统(2)为激光扩束镜，且扩束倍速为2倍～10倍。5.根据权利要求1所述的固体材料微孔加工装置，其特征在于，所述偏振部件(3)为对应激光系统(1)工作波长的1/4波片。6.根据权利要求1所述的固体材料微孔加工装置，其特征在于，所述激光系统(1)的工作波长为200nm～2000nm。7.根据权利要求1所述的固体材料微孔加工装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈锐，刘祝成，朱智坤，王良法，顾新华，
申请(专利权)人：浙江晶耀光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：