CN114083156A - 一种透明材料的激光加工方法 - Google Patents

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杜姗
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Abstract

本发明公开了一种透明材料的激光加工方法，包括以下步骤：(1)在待加工工件的下表面覆膜，所述待加工工件具有透明材料；(2)使用纳秒脉冲激光器对待加工工件进行加工，所述加工为切割或钻孔，激光束先聚焦到待加工工件的下表面，按设定轨迹进行加工并逐步升高聚焦点，由下至上实现对待加工工件的加工；(3)去除待加工工件下表面的膜，完成加工。本发明能够实现对光滑表面的透明材料的加工，加工效果好，并能维持工件表面原本较高的光洁度。

Description

一种透明材料的激光加工方法
技术领域
本发明涉及一种激光加工方法，具体涉及一种对透明材料进行激光加工的方法，尤其是对表面光滑的透明材料的激光加工方法。
背景技术
使用纳秒脉冲激光可以对玻璃和蓝宝石等透明材料进行激光加工，这种纳秒激光器是通过微***的方式实现玻璃加工的。以平板玻璃的切割为例，通过3D扫描振镜可以使激光的焦点在竖直方向上移动，在激光焦点经过的地方，玻璃会发生微米量级的***，这种微小损伤在竖直方向上叠加便实现打孔或切割。
将激光脉冲聚焦到透明材料的待加工位置，通过移动聚焦位置，实现对透明材料的加工。加工时，将激光束聚焦至待加工透明材料的下表面，按设定轨迹进行加工并逐步升高聚焦点，由下至上实现对透明材料的加工。所述的移动聚焦位置可以通过扫描振镜实现，输出的激光经扫描振镜后由聚焦透镜聚焦到透明材料的待加工位置，使透明材料发生微米量级的去除，通过扫描振镜移动焦点的位置，使去除点在所需加工的区域叠加从而实现加工。
这种控制裂纹实现透明材料加工的前提是，此透明材料下表面有极其微小的裂纹或其他材料缺陷存在，使激光在材料下表面很容易划开一定宽度的切割道，之后随着焦点上升，始终处于切割道内下表面的材料形成微米级别的玻璃粉，最终形成通孔或切割开。这就要求材料表面的光洁度等级低。参照美国军用标准，采用划痕大小/麻点大小表示表面缺陷大小，对于缺陷在80/60以上的材料来说，这种加工方法没有问题；但是对于表面光洁度较高的材料，如缺陷在40/20甚至更小的抛光等级较高的石英或K9玻璃或B270玻璃，激光在材料下表面无法破开形成切割道，而是只是形成一个一个破裂的点更甚至无反应，随着焦点上升在中间层的材料也无法剥离，材料内部形成裂纹，最终导致材料局部开裂或整体崩裂。
因此，需要寻求适用于表面光洁度等级较高的透明材料的激光加工方法。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种透明材料的激光加工方法，实现对下表面光洁度较高的透明材料的激光加工，在加工过程中不影响待加工材料的表面等级。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种透明材料的激光加工方法，包括以下步骤：
(1) 在待加工工件的下表面覆膜，所述待加工工件具有透明材料；
(2) 使用纳秒脉冲激光器对待加工工件进行加工，所述加工为切割或钻孔，激光束先聚焦到待加工工件的下表面，按设定轨迹进行加工并逐步升高聚焦点，由下至上实现对待加工工件的加工；
(3) 去除待加工工件下表面的膜，完成加工。
上述技术方案中，待加工工件的下表面为光滑表面，膜与下表面能很好地结合，在激光束的光斑照射时，膜与待加工工件下表面之间的粘着力能有效导致工件表面破裂，产生干净的切割道，进而实现自下而上的加工。
上述技术方案中，所述膜为纸胶带、透明胶带、高温胶带或白色保护膜。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本发明通过在下表面覆膜，解决了现有技术中光滑表面处难以形成切割道导致破裂困难的问题，能够实现对光滑表面的透明材料的加工，切割或钻孔位置崩边少，加工效果好；
2、本发明通过在下表面覆膜，同时有效保护了待加工工件的下表面，使其免受载物台的划伤或加工完粉尘对下表面的污染，仍然维持原本较高的光洁度。
附图说明
图1是本发明实施例的装置示意图；
图2是对比例的工件照片；
图3是本发明实施例的工件照片。
其中：1、待加工工件；2、膜；3、激光器；4、扫描振镜；5、聚焦透镜；6、吸尘设备。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见附图1，为激光加工装置的示意图，待加工工件1的下表面覆有膜2，被放置在载物台上（图中未画出），激光器3发出的脉冲激光束经过扫描振镜4后，由聚焦透镜5汇聚，在待加工工件1的内部形成光斑。通过控制扫描振镜4，可以改变光斑在待加工工件1的高度方向的位置。通过载物台或激光头的水平运动，可以使光斑相对待加工工件1运动，形成切割轨迹包络。载物台下方可以设置吸尘设备6。
本实施例中的激光器可以根据待加工工件的材料性能选择波长，例如采用绿色激光。
分别采用本实施例的装置，对于待加工工件的下表面不覆膜和覆膜两种方式加工K9玻璃进行对比，测试结果如图2和图3所示。
图2为不覆膜进行加工后产品的照片，可以看出，加工处产生了明显的爆裂，切割边缘质量很差，不能满足要求。
图3为覆膜进行加工后产品的照片，可以看出，加工边缘光滑，崩边数量在每厘米2个左右，能够满足用户需求。

Claims (3)

1.一种透明材料的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 在待加工工件的下表面覆膜，所述待加工工件具有透明材料；
(2) 使用纳秒脉冲激光器对待加工工件进行加工，所述加工为切割或钻孔，激光束先聚焦到待加工工件的下表面，按设定轨迹进行加工并逐步升高聚焦点，由下至上实现对待加工工件的加工；
(3) 去除待加工工件下表面的膜，完成加工。
2.根据权利要求1所述的透明材料的激光加工方法，其特征在于：待加工工件的下表面为光滑表面。
3.根据权利要求1所述的透明材料的激光加工方法，其特征在于：所述膜为纸胶带、透明胶带、高温胶带或白色保护膜。
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