一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻设备及其工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻工艺方法，其包括以下步骤：设计雕刻图样样式，把有机玻璃工件置于工作台上，调整好光纤激光机的焦距及工艺参数，用激光雕刻出所需的图样，使工件表面形成刻痕，将刚雕刻好的样品用双氧水正反面擦洗，使雕刻字样和图形更加明亮。本发明专利技术还公开了一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻设备，其包括具有开口凹腔的工作台，该开口凹腔前后端面设有可以轴向移动的定位挡板，两个定位挡板之间的空间形成待雕刻区域，该待雕刻区域可以根据有机玻璃工件的大小进行调节。本发明专利技术雕刻的图样永久、耐磨、清晰，加工过程无接触标记，操作卫生洁净、加工效率高，适合小批量加工，易于集成生产线，能在工件难接触区域加工。

【技术实现步骤摘要】
一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻设备及其工艺方法
本专利技术属于激光雕刻
，尤其是一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻设备及其工艺方法。
技术介绍
激光雕刻工作原理是利用高能量的激光束照射在材料表面，一小部分的激光反射，大部分的光线通过材料表面，在材料内转化为热能，对材料加热，由于材料的热效应，材料被充足功率密度的激光束照射，达到材料表面熔化和汽化[1]的温度，使材料汽化或熔化，雕刻出所需的图形与文字，作为永久标记。光纤激光打标机大部分用在金属材料比如铝、铁、铜等，因为金属材料对波长为1064nm激光吸收率较非金属要高。但对于有机玻璃来说采用波长为1064nm的激光能有机玻璃发生颜色改变、起泡，凝华或雕刻等现象，是在金属材料上雕刻所不能产生的一些独特现象，使其在雕刻印刷、广告制作等领域有新的应用。然而，由于不同的激光雕刻机发出的中心波长不一样，以及不同材料对波的吸收不同，所以在加工不同的材料时产生的加工效果不同，这就需要找到相对应合适的激光雕刻工艺参数。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻工艺方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设计所需雕刻的图样样式，(2)把待雕刻的有机玻璃工件置于工作台上，且有机玻璃工件的待雕刻区域悬空于工作台，(3)调整好光纤激光机的焦距及工艺参数，焦点位于待雕刻的有机玻璃工件表面或者内部，其工艺参数包括功率范围为3-20W，该激光为连续激光或脉冲激光，脉冲激光时峰值功率不超过20W，速度350mm/s-500mm/s，开光延时200mm-100mm，关光延时100mm-300mm，(4)在有机玻璃的待雕刻区域上，用激光采用单向填充方式雕刻出所需的图样，使工件表面形成或凹或凸的刻痕，完成激光雕刻加工，(5)将刚雕刻好的样品用双氧水正反面擦洗，使雕刻字样和图形更加明亮。本专利技术的进一步设置为，所述步骤(4)中激光采用环形填充、双向填充、优化弓形填充、单向填充或优化双向填充方式雕刻出所需的图样。本专利技术的进一步设置为，完成步骤(4)激光雕刻加工后，对试加工件进行检查和分析，并对该雕刻做出微调，当雕刻开始处相对其他部位较凸并且不连续时，适当增加开光延时，当雕刻开始处相对其他部位较凹并且连续时，则减少开光延时；当雕刻结束处相对其他部位较凸并且不连续，那么适当减少关光延时，当雕刻结束处相对其他部位较凹并且连续，则增加关光延时。采用上述方案，本专利技术雕刻的图样具有永久、耐磨、清晰的优点，加工过程无接触标记，没有工具磨损，不需要涂料、油墨、酸剂、溶剂和标签等辅料，操作卫生洁净、加工环境良好，加工效率高，尤其适合小批量加工，易于集成生产线，且该加工方法能在工件凹处难以接触的区域中加工。专利技术目的二：本专利技术还提供了一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻设备，包括工作台，其特征在于：工作台上设有开口凹腔，该开口凹腔前后端面分别设有定位挡板，开口凹腔左右两侧内壁设有轴向滑槽，定位挡板的两端分别嵌设于左右两侧内壁的滑槽中，两个定位挡板之间的空间形成供有机玻璃工件放置的待雕刻区域，定位挡板上设有可驱动定位挡板沿着滑槽轴向移动的调节丝杆，调节丝杆一端设有调节手轮。作为本专利技术的进一步设置，所述定位挡板与滑槽配合的一端设有扩大体，该扩大体截面呈等腰梯形结构，该等腰梯形结构的底面与滑槽内壁贴合，等腰梯形结构的两边侧腰与滑槽的上下底面贴合形成径向限位配合。作为本专利技术的进一步设置，所述调节丝杆包括设置在定位挡板两端的第一调节丝杆和第二调节丝杆、以及设置于定位挡板中间的第三调节丝杆，所述调节手轮安装于第三调节丝杆上。作为本专利技术的进一步设置，所述工作台上开口凹腔的左右侧壁分别设有与开口凹腔连通的排气孔，排气孔分布于左右侧壁的上下两端。作为本专利技术的进一步设置，还包括用于清洁有机玻璃板的雕刻面的毛刷。采用上述方案，本专利技术的待雕刻区域悬空于工作台底面，通过前后端面的定位挡板将有机玻璃工件固定住，形成悬空固定有机玻璃工件的定位结构；该工作台可通过调节丝杆进行调节前后定位挡板的位置来适应不同厚度、长度、宽度的有机玻璃工件；另外还可以通过毛刷沾上双氧水对雕刻后的有机玻璃板进行正反面清洗，同时毛刷可以将有机玻璃板表面的杂质如沾在表面的轻质杂物、灰尘等吹掉起到除尘效果；同时还可以通过该排气孔进行通气(氩气)，对有机玻璃工件进行吹气、烘干操作。下面结合附图对本专利技术作进一步描述。附图说明附图1为本专利技术直线雕刻图形；附图2为本专利技术直线雕刻图形；附图3为本专利技术直线雕刻图形；附图4为本专利技术在相同速度(450mm/s)不同功率下的矩形雕刻图形；附图5为本专利技术在功率为12W不同速度下进行的矩形雕刻图形；附图6为本专利技术采用不同填充方式雕刻有机玻璃的图形；附图7为本专利技术关光延时参数一定时开光延时逐渐减少时所得到的图形，图中上方水平方向的箭头表示雕刻方向由左至右，竖直方向的箭头表示开光延时由下至上(即实施例43-50)逐渐减少；附图8为本专利技术开光延时参数一定时关光延时减少所得到的图形，图中上方水平方向的箭头表示雕刻方向由左至右，竖直方向的箭头表示关光延时由下至上(即实施例51-57)逐渐减少；附图9为本专利技术激光雕刻设备的结构图。具体实施方式本专利技术的具体实施例如图1-8所示是用于有机玻璃的光纤激光雕刻工艺方法，其包括以下步骤：(1)设计所需雕刻的图样样式，(2)把待雕刻的有机玻璃工件置于工作台上，且有机玻璃工件的待雕刻区域悬空于工作台，工件雕刻部位不要与工作台接触，要悬空，这样就会使散热充分，就不会使工件与工作台接触处变黑。(3)调整好光纤激光机的焦距及工艺参数，焦点位于待雕刻的有机玻璃工件表面或者内部，本实施例中其焦距为193mm，其工艺参数包括功率范围为3-20W，该激光为连续激光或脉冲激光，脉冲激光时峰值功率不超过20W，速度350mm/s-500mm/s，开光延时200mm-100mm，关光延时100mm-300mm，(4)在有机玻璃的待雕刻区域上，用激光采用单向填充方式雕刻出所需的图样，使工件表面形成或凹或凸的刻痕(被激光汽化或熔化掉的部分凹下，剩下的为凸起)，完成激光雕刻加工，完成步骤(4)激光雕刻加工后，对试加工件进行检查和分析，并对该雕刻做出微调，当雕刻开始处相对其他部位较凸并且不连续时，适当增加开光延时，当雕刻开始处相对其他部位较凹并且连续时，则减少开光延时；当雕刻结束处相对其他部位较凸并且不连续，那么适当减少关光延时，当雕刻结束处相对其他部位较凹并且连续，则增加关光延时；(5)将刚雕刻好的样品用双氧水正反面擦洗，使雕刻字样和图形更加明亮。设计图样样式时，可以用CorelDRAW、Photoshop等软件绘制图形，以矢量文件导入打标系统EZcad中，直接在EZcad软件中输入所需文字，设计出雕刻的样式。具体实施例1-21为直线雕刻，按上述步骤设计图样，并置于工作台上，激光雕刻参数按下表1分别设定。表1-直线雕刻激光打标机的工艺参数上述实施例1-21所获得的雕刻图形见图1--3所示，直线雕刻不清晰如图1中的2、4，有的直线雕刻粗糙如图1中的1、3、5、7、8，以及图2中的9、10、11、15和图3中的17，直线雕刻相对较好的就本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设计所需雕刻的图样样式，(2)把待雕刻的有机玻璃工件置于工作台上，且有机玻璃工件的待雕刻区域悬空于工作台，(3)调整好光纤激光机的焦距及工艺参数，焦点位于待雕刻的有机玻璃工件表面或者内部，其工艺参数包括功率范围为3‑20W，该激光为连续激光或脉冲激光，脉冲激光时峰值功率不超过20W，速度350mm/s‑500mm/s，开光延时200mm‑100mm，关光延时100mm‑300mm，(3)在有机玻璃的待雕刻区域上，用激光雕刻出所需的图样，使工件表面形成或凹或凸的刻痕，完成激光雕刻加工，(4)将刚雕刻好的样品用双氧水正反面擦洗，使雕刻字样和图形更加明亮。

【技术特征摘要】
1.一种用于有机玻璃的光纤激光雕刻工艺方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)设计所需雕刻的图样样式，(2)把待雕刻的有机玻璃工件置于工作台上，且有机玻璃工件的待雕刻区域悬空于工作台，(3)调整好光纤激光机的焦距及工艺参数，焦点位于待雕刻的有机玻璃工件表面或者内部，其工艺参数包括功率范围为3-20W，该激光为连续激光或脉冲激光，脉冲激光时峰值功率不超过20W，速度350mm/s-500mm/s，开光延时200mm-100mm，关光延时100mm-300mm，(4)在有机玻璃的待雕刻区域上，用激光雕刻出所需的图样，使工件表面形成或凹或凸的刻痕，完成激光雕刻加工，完成步骤(4)激光雕刻加工后，对试加工件进行检查和分析，并对该雕刻做出微调，当雕刻开始处相对其他部位较凸并且不连续时，适当增加开光延时，当雕刻开始处相对其他部位较凹并且连续时，则减少开光延时；当雕刻结束处相对其他部位较凸并且不连续，那么适当减少关光延时，当雕刻结束处相对其他部位较凹并且连续，则增加关光延时；(5)将刚雕刻好的样品用双氧水正反面擦洗，使雕刻字样和图形更加明亮。2.根据权利要求1所示的用于有机玻璃的光纤激光雕刻工艺方法，其特征在于：所述步骤(4)中激光采用环形填充、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈希章，王艳虎，曹宇，
申请(专利权)人：温州大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33