一种基于内雕刻的激光切割方法技术

本发明专利技术属于激光加工领域，一种基于内雕刻的激光切割方法。本发明专利技术的重要特点是激光透过待切割材料并聚焦在待切割材料内部，从待切割材料的底部一层层“从下往上”，“微爆”出一个切割截面出来，高效率、高品质地切割透明半透明硬脆材料。

Laser cutting method based on inner carving

The invention belongs to the field of laser processing, and is a laser cutting method based on internal engraving. An important feature of the invention is a laser through the material to be cut and focusing on the material to be cut, from the material to be cut the bottom layers from bottom to top \,\ micro explosion \of a cutting section, high quality, transparent and translucent cutting hard brittle materials.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光加工领域，特别是激光切割"透明"硬脆材料领域。
技术介绍
对于硬、脆的材料物质的切割加工而言， 一般使用激光切割比较有优势， 例如速度、成品率、品质等方面都提高很多。但是，如果这种难以使用常规加 工手段切割的物质，其本身对于激光而言又是透明的，或者吸收很小时，传统 的激光切割也无能为力了，或者切割效率及其低下。例如石英玻璃、蓝宝石等 材料， 一般采用紫外甚至深紫外激光器进行切割加工，激光焦点在玻璃或者蓝 宝石表面一次扫描后切出一道很浅的槽，进行多次扫描后，槽深就会加深，直 到切断。这种方式的缺点很明显玻璃或者蓝宝石厚度不能够太厚(受制于激 光焦深)，效率太低，且系统昂贵。虽然如此，在没有找到新的工艺方法之前， 这仍是目前主流的加工手段。
技术实现思路
本专利技术的目的在于找到一种新的透明硬脆材料激光切割方法，特别是激光 破坏阈值很高、材料硬度很高、材料脆性高，因而难以使用普通手段切割的透 明材料的激光切割工艺。本专利技术的目的是这样实现的待切割的材料对激光透明或者少量吸收，采 用脉冲或者调Q激光器，将激光光束进行扩束、聚焦等光束变换处理。由于聚 焦光斑处的激光峰值功率密度超过待切割材料的破坏阈值，或者因激光聚焦导 致待切割材料内部激光聚焦焦点处由对激光透明瞬间转化为大幅吸收激光能 量，该待切割材料内部激光焦点处会被激光脉冲打出爆炸点，激光聚焦焦点移 动一个位置，激光会在新的焦点位置爆出一个爆炸点。确定一个待切割的切割 截面，激光焦点在切割截面内与该待切割材料做相对运动，形成一系列的离散 爆点甚至形成连续线条。开始切割时，激光焦点置于待切割材料的底部，在切 割截面内激光焦点由待切割材料的底部一层一层往上做切割运动(传统切割是 一层一层从上往下切割)。激光焦点在切割截面内切完一层后(划出连续线条 或者一系列的离散爆点)，待切割材料沿着垂直于切割方向移动微小距离，焦 点在切割截面内与该待切割材料再切割新的一层(划出连续线条或者一系列的 离散点)，所形成的线条与前面所形成线条平行，都在切割截面内；如此一层 层切，激光焦点在材料内部就加工出切割截面，待切割材料可以自己断开或者 稍微借助外界冲击，扩展切割截面内预先形成的微裂纹，使待切割材料轻松沿 事先确定的切割面断开。其实，由于激光焦点都有一定的长度(焦深)，因此, 一般所获得的爆炸点是沿着光传输方向的长点，焦点在材料内部运动切割出一 条线(一层)，很多情况下是一个微小的平面，按照本专利技术方案，这些微小的 平面，理论上都处于切割截面内。为了提高切割效率，可以利用切割材料比较"脆"，容易"定向"形成"裂 纹面"的特点，可以只在切割面内切割出部分，然后使用外力冲击或者温度冲 击等手段使得材料沿着切割面整齐断开。本专利技术， ，由于采用了上述的技术方案， 使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果1. 本专利技术提出一种新的针对硬、脆透明或者半透明材料的激光切割方法， 其主要思想是由激光聚焦在材料内部并"从下往上" 一层一层"微爆"出一个 切割截面，从而很容易切割目前切割难度大、切割效率低的硬、脆透明或者半 透明材料。目前传统的切割这些脆、硬材料的加工方法都是"从上往下" 一层 一层"剥离""去除"材料直到把材料切断，效率很低，加工质量也不理想， 加工成本高。2. 本专利技术这种切割方法，适合于切割传统方法难以切割的水晶、石英、蓝 宝石、氟化钙、玻璃等材料，既可以切割比较薄的材料，也可以切割比较厚的 材料。3. 本专利技术提出的这种方法，可以在切割面内切割出部分面积，借助外界冲 击扩展微裂纹，可使待切割材料沿着希望的切割面裂开，且断面更加光滑平整， 切割效率更高。4. 本专利技术提出的这种方法，切割面可以是平面，可以是曲面，可以是圆柱 面或者锥面，这样不仅可以切割，还可以用于透明或者半透明材料的打孔(通 孔或者盲孔)。 附图说明通过以下对本专利技术， 的若干实施例结合其 附图的描述，可以进一步理解本专利技术的目的、具体结构特征和优点。其中，附 图为图1实施例一是蓝宝石块的切割； 图2实施例二是石英块的切割； 图3实施例二是普通玻璃的切割具体实施例方式请参见图1所示，这是本专利技术的一种实施 例，待切割材料为无色透明蓝宝石，对紫外光几乎透明，属于硬脆材料，使用传统方法很难高效切割。采用355nm紫外调Q固体激光器，脉冲重复频率为 30KHz时平均功率4瓦，脉冲宽度9ns，单模。其中，1为待切割面，2为高斯 紫外光束，聚焦于待切割材料的待切割面内，其聚焦光斑具备一定焦深，其长 度是6与7之间的一段。由于激光峰值功率密度超过蓝宝石的破坏阈值，因此， 每个激光脉冲都会在蓝宝石内部激光焦点处打出一个爆点。当激光焦点在切割 面内水平移动，就形成"切割线"3，其实就是一个微小的"切割面"3，就是 6与7之间的面积部分。切完"微切割面"3后，蓝宝石下降一个焦深高度， 激光焦点高度位置保持不变，水平方向移动扫描，切割出"微切割面"4;同 样可以切割出"微切割面"5，如此循环，可以切割出一个完整的切割面，很 快能够将蓝宝石切断。氟化钙等也是一种难切割的硬脆材料，也可以使用本方法实现高效切割。请参见图2所示，这是本专利技术的另一种实 施例，待切割材料为无色透明光学紫外玻璃，对绿激光与紫外激光几乎透明， 属于硬脆材料，使用传统方法很难高效切割。采用532nm紫外调Q固体激光 器，脉冲重复频率为5KHz时平均功率5瓦，脉冲宽度10ns，单模。其中，1 为待切割面，2为高斯绿激光光束，聚焦于待切割材料的待切割面内，其聚焦 光斑具备一定焦深，其长度是6与7之间的一段。由于激光峰值功率密度超过光学石英玻璃的破坏阈值，因此，每个激光脉冲都会在蓝宝石内部激光焦点处打出一个爆点。当激光焦点在切割面内水平移动，就形成"切割线"3，其实 就是一个微小的"切割面"3，就是6与7之间的面积部分。为了提高切割效 率，在"微切割面"3上面再继续切割出若干个"微切割面"后，直接跳过一 段距离再切割，切割出"微切割面"8，在"微切割面"8上面再继续切割出若 干个"微切割面"后，使用外力冲击或者温度冲击，整个石英光学玻璃将沿着 切割面1断开，切断口非常整齐。请参见图3所示，这是的又一种实施例， 待切割材料为普通玻璃，对绿激光部分吸收，对紫外激光吸收，属于硬脆材料。 使用传统方法切割普通玻璃，存在切割边缘崩口，并存在不能够进行打小孔等 加工的限制。本实施例采用532nm紫外调Q固体激光器，脉冲重复频率为15KHz 时平均功率5瓦，脉冲宽度15ns，单模。普通玻璃对绿激光存在一定吸收，因 此，聚焦光斑处玻璃因吸收激光能量而产生爆点，形成微裂纹。其中，左边为 俯视图，右边为左视图，9为直径为10cm圆形普通玻璃。需要切割出6cm直 径的孔，1为直径为6cm的待切割圆柱面。对于部分吸收激光的透明材料的切 割，对激光的脉冲宽度的特性要求就比较宽松，切割起来更容易。上述实施例只是本专利技术的几个具体应用。实际上其原理应用不限于上面所 述情形，例如还可以在透明材料上加工锥形孔甚至盲孔等。总之，本专利技术提出，其重要特点是激光透 过待切割材料并聚焦在待切割材料内部，从待切割材料的底部一层层"从下往 上"，"微爆"出一个切割截面出来，高效率、高品质地切割使用传统本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于内雕刻的激光切割方法，其主要特征在于，激光在待切割材料聚焦，激光焦点在待切割材料内部的切割平面内做相对运动，从待切割材料的底部一层层“从下往上”，“微爆”出一个切割截面出来，待切割材料沿着切割截面自行断开或者借助外界冲击而断开。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张立国，
申请(专利权)人：张立国，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]