一种激光钻孔加工方法技术

本发明专利技术公开了一种激光钻孔加工方法，用于加工出深度为H，锥度为θ的孔；包括以下步骤，1)调节激光焦点，使激光焦点聚焦于所述待加工材料的表面；2)使用激光在待加工材料上加工出一个凹槽，凹槽的形状尺寸为孔的入口形状尺寸；3)重复步骤31)和步骤32)，直至多级凹槽形成的孔的深度达到H：31)调节激光焦点下移，使激光焦点聚焦于已加工形成的凹槽的底部所在的平面；32)使用激光加工出一个凹槽，所述凹槽的深度为hi，凹槽的形状为孔的入口形状，尺寸使得当前凹槽相对于上一级凹槽形成宽度为di/2的台阶；其中，i表示当前为第i次重复加工，di＝2hi/tanθ，hi和di均在微米量级。本发明专利技术的激光钻孔加工方法，可加工出任意锥度值的孔，适用性更广。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光加工领域，特别是涉及一种激光钻孔加工方法。
技术介绍
激光钻孔相对于传统的各项钻孔技术如机械钻孔及电火花钻孔有着无可比拟的优势，其加工孔径极限值小、孔切面整齐、热影响区小、无微裂纹和冶金缺陷、加工速度快，效率高，对材料无选择性，因此在汽车、微电子、航天航空、生物医学、太阳能及燃料电池新能源等高新技术产业领域有着广泛的应用。在不同领域中对孔径大小、孔的入口形状、通孔/盲孔、钻孔质量等有着不同的要求，如在汽车领域中，发动机喷油嘴有着非常精密的要求，喷油嘴的加工质量直接影响喷油嘴的雾化特性，最终影响柴油机的动力特性，其形状一般为上端面孔径小，下端面孔径大的倒锥形孔。在电子制造领域HDI线路板制造中，需要钻各类微型通孔及盲孔，要求孔壁垂直度高。在激光钻孔技术上通常采用振镜扫描钻孔方式，激光聚焦于材料表面，通过激光热效应在材料上加工出孔。由于激光经过振镜入射到材料不同位置后并非垂直入射，因此钻孔后的孔型呈现入口直径大、出口直径小的锥形形状。但由于加工形成的孔的参数与聚焦镜(平场镜)的焦距、工作距离、振镜工作范围、钻孔位置以及加工幅面中心位置距离、材料特性等参数相关，因此其锥度往往不受控。由于该问题的存在，传统钻孔方法在一些应用情形下受到极大的限制，如需要在指定材料、指定厚度钻指定锥度的孔时，这种钻孔加工方法就无能为力。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种激光钻孔加工方法，可加工出任意锥度值的孔，适用性更广。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种激光钻孔加工方法，用于在一定厚度的待加工材料上加工出深度为H，锥度为θ的孔；包括以下步骤，1)调节激光焦点，使激光焦点聚焦于所述待加工材料的表面；2)使用激光在待加工材料上加工出一个凹槽，凹槽的形状尺寸为孔的入口形状尺寸；3)重复步骤31)和步骤32)，直至多级凹槽形成的孔的深度达到H：31)调节激
光焦点下移，使激光焦点聚焦于已加工形成的凹槽的底部所在的平面；32)使用激光加工出一个凹槽，所述凹槽的深度为hi，凹槽的形状为孔的入口形状，尺寸使得当前凹槽相对于上一级凹槽形成宽度为di/2的台阶；其中，i表示当前为第i次重复加工，di＝2hi/tanθ，hi和di均在微米量级。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的激光钻孔加工方法，通过调节激光焦点，在待加工材料上分多次加工出具有一定深度的凹槽，且各级凹槽在宽度上逐渐变窄，形成台阶。这样，由多个凹槽形成加工孔，孔的侧壁在微观上呈现台阶形状，同时由于h及d极小，均在微米量级，所以从宏观上观察为光滑且连续的孔壁。虽然激光加工系统中聚焦镜、振镜等的参数是固定的，但通过改变加工路径，分层加工，以及控制加工形成的凹槽的深度以及台阶的宽度，可实现加工出的孔为任意锥度值，满足需加工指定锥度值的孔的应用。本专利技术的激光钻孔加工方法，在不增加任何光学器件及对系统做器件上的调整的情况下实现任意锥度孔的加工，适用于各类孔及微孔的加工要求，且成本较低。【附图说明】图1是本专利技术具体实施方式的待加工材料在加工过程中的结构示意图；图2是本专利技术具体实施方式的待加工材料在加工过程中的局部区域放大示意图；图3是本专利技术具体实施方式的加工方法加工出圆形入口形状的孔的俯视示意图；图4是本专利技术具体实施方式的加工方法加工出方形入口形状的孔的俯视示意图。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。本专利技术的构思是改变激光切割加工的扫描过程，传统的加工方法中，只能完成将孔钻出，但是孔的锥度参数受到激光加工切割系统的各器件参数不同程度的影响，使得加工出的孔的锥度完全不受控制。当材料特性不同，激光入射角度不同，厚度不同造成离焦量不同，造成了孔的锥度不确定且不可控，具体表现为：在同一材料不同位置的孔锥度不同，不同厚度的同一种材料的孔锥度不同，相同厚度的不同材料锥度也不同，同一材料在不同参数的聚焦镜及扩束镜加工时孔的锥度也不同。现有的方案中，如需钻出确定锥度值的孔，则需要复杂的光路调控系统以及昂贵的镜片，但这种方式成本较高，操作也较复杂。而本专利技术则不变动传统激光加工切割系统中各器件的配置，而是通过改变加工切割路径，按分层加工切割，每一层加工出凹槽，然后多层凹槽形
成孔。通过控制凹槽的深度以及尺寸宽度，从而得到任意所需的锥度值的孔。本具体实施方式的激光钻孔加工方法用于在一定厚度的待加工材料上加工出特定锥度值的孔，如图1所示，在加工材料上分层加工操作，形成深度为H，锥度为θ的孔。加工方法包括以下步骤：1)调节激光焦点，使激光焦点聚焦于待加工材料的表面。如图1所示，先聚焦于加工材料的表面，也即D所示意的直线的水平面。2)使用激光在待加工材料上加工出一个凹槽，凹槽的形状尺寸为孔的入口形状尺寸。该步骤中，先在加工材料上加工出一个凹槽，如图1中h0所在深度范围的凹槽。凹槽的形状加工成孔的入口形状，例如要求加工的孔的入口形状为圆形，则此处凹槽的形状也为圆形。凹槽的尺寸加工成孔的入口尺寸大小。也因此，孔的入口形状可为任意形状，尺寸也可为任意尺寸大小，相应地将此处凹槽的形状、尺寸设置为孔的入口形状、尺寸即可。3)重复步骤31)和步骤32)，直至多级凹槽形成的孔的深度达到H：31)调节激光焦点下移，使激光焦点聚焦于已加工形成的凹槽的底部所在的平面；32)使用激光加工出一个凹槽，所述凹槽的深度为hi，凹槽的形状为孔的入口形状，尺寸使得当前凹槽相对于上一级凹槽形成宽度为di/2的台阶；其中，i表示当前为第i次重复加工，di＝2hi/tanθ，hi和di均在微米量级。该步骤3)即分层加工的多次重复加工过程。如图1所示，步骤1)和2)加工时激光的焦点位于D所示意的直线所在的平面。第一次按照步骤31)和32)加工时，通过控制激光加工系统中机械平台垂直方向的升降轴将激光焦点下移h0，使焦点聚焦于已形成的凹槽的底部所在的平面，图中D1所示意的虚线所在的平面，也即加工去除h0所在深度范围凹槽后材料加工表面，开始该层凹槽的剥离加工。加工过程中，控制加工凹槽的深度为h1，同时，缩小切割路径使加工凹槽的尺寸大小减小，相对于上一级凹槽形成宽度为d1/2的台阶。从图1中所示，也即D-D1＝d1。当加工入口形状为圆形的孔时，此处的D和D1即为各层凹槽的直径。当加工入口形状为方形时的孔时，此处的D和D1即为各层凹槽的边长。当加工入口形状为不规则形状时的孔时，此处的D和D1即为各层凹槽在相应截面上的宽度值。上述加工过程中，h1和d1的大小满足d1＝2h1/tanθ，且h1和d1均在微米量级。第一次实施步骤31)和32)加工完毕后，重复以上过程，进行第二次重复加工，将焦点下降h1到材料加工表面，图中D2所示意的虚线所在的平面，调整加工路径，切割路径的加工尺寸相对上一级凹槽减小，使相对于上一级凹槽形成宽度为d2/2的台阶，切割加工形成的凹槽的深度为h2。同样地，凹槽的形状为开口形状。上述加工过程中，h2和d2的大小满足d2＝2h2/tanθ，且h2和d2均在微米量级。加工完成后，重复上述过程，进行第三次重复加工。如此重复，进行第i次重复加工时，加工出的凹槽的深度为hi，凹槽的形状为孔的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光钻孔加工方法，其特征在于：用于在一定厚度的待加工材料上加工出深度为H，锥度为θ的孔；包括以下步骤，1)调节激光焦点，使激光焦点聚焦于所述待加工材料的表面；2)使用激光在待加工材料上加工出一个凹槽，凹槽的形状尺寸为孔的入口形状尺寸；3)重复步骤31)和步骤32)，直至多级凹槽形成的孔的深度达到H：31)调节激光焦点下移，使激光焦点聚焦于已加工形成的凹槽的底部所在的平面；32)使用激光加工出一个凹槽，所述凹槽的深度为hi，凹槽的形状为孔的入口形状，尺寸使得当前凹槽相对于上一级凹槽形成宽度为di/2的台阶；其中，i表示当前为第i次重复加工，di＝2hi/tanθ，hi和di均在微米量级。

【技术特征摘要】
1.一种激光钻孔加工方法，其特征在于：用于在一定厚度的待加工材料上加工出深度为H，锥度为θ的孔；包括以下步骤，1)调节激光焦点，使激光焦点聚焦于所述待加工材料的表面；2)使用激光在待加工材料上加工出一个凹槽，凹槽的形状尺寸为孔的入口形状尺寸；3)重复步骤31)和步骤32)，直至多级凹槽形成的孔的深度达到H：31)调节激光焦点下移，使激光焦点聚焦于已加工形成的凹槽的底部所在的平面；32)使用激光加工出一个凹槽，所述凹槽的深度为hi，凹槽的形状为孔的入口形状，尺寸使得当前凹槽相对于上一级凹槽形成宽度为di/2的台阶；其中，i表示当前为第i次重复加工，di＝2hi/tanθ，hi和di均在微米量级。2.根据权利要求1所述的激光钻孔加工方法，其特征在于：所述步骤3)中，各次重复加工时，步骤31)中加工的凹槽的深度hi为一固定值h。3.根据权利要求2所述的激光钻孔加工方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨伟，蔡志祥，高勋银，杨玉山，
申请(专利权)人：深圳光韵达光电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44