一种透明塑料内雕装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术属于机械部件领域，公开了一种透明塑料内雕装置，包括用于承载透明有机塑料样品的平移台，计算机控制系统以及受控于计算机控制系统的激光器、调焦系统和光束扫描系统，其特征在于，所述激光器产生激光的波长为1.9微米～2.1微米，沿激光光束出射方向，依次排布分光系统、调焦系统、光束扫描系统，激光光束经分光系统分光后通过调焦系统和光束扫描系统对激光光束进行聚焦控制，最后作用于透明有机塑料样品上实现透明塑料的内雕。本实用新型专利技术提供的一种透明塑料内雕装置，可以在透明有机塑料中实现三维内雕加工，尤其是在柔性或超薄透明塑料材料上实现激光隐形打印功能。

Transparent plastic inner carving device

The utility model belongs to the field of mechanical components, discloses a transparent plastic engraving device, includes a translation table bearing transparent organic plastic samples, controlled by computer control system and computer control system, laser focusing system and beam scanning system, which is characterized in that laser generated by the laser wavelength of 1.9 microns 2.1 microns along the laser beam emitting direction, arranged in the optical system, focus system, beam scanning system, a laser beam through the optical system through the light focusing system and beam scanning system of laser beam focusing control, finally to achieve transparent organic plastic sample Nadiao transparent plastics. The utility model provides a transparent plastic inner carving device, which can realize three-dimensional internal engraving processing in transparent organic plastic, and realizes laser invisible printing function in flexible or ultra-thin transparent plastic material.

【技术实现步骤摘要】
一种透明塑料内雕装置
本技术属于加工领域，涉及一种利用激光对透明有机塑料进行内部雕刻的装置。
技术介绍
目前，利用波长为532nm的脉冲激光对石英玻璃等玻璃类材料进行内雕已经被广泛的应用在三维图像显示、灯光照明和高档装饰品等领域。由于玻璃类材质的质地较脆，价格也相对昂贵，在如导光板、薄型材料以及需要弯折的器件等很多领域中无法使用，在工业应用中也难以发挥透明材料内雕的优点。有机透明塑料如亚克力(PMMA)、聚丙烯塑料(PC)、聚对苯二甲酸(PET)等在包装、显示和构造件等方面有十分重要的用途，但有机塑料的内部加工(内雕)一直没有适合工业化应用的解决方案。在透明材料内部实现内雕加工，对激光束有两个方面的要求，一个要求是激光束必须可以深入到透明材料内部，另一个要求是在特定位置，激光束可以和透明材料产生相互作用，改变透明材料的折射率，实现所谓的内雕。一般有两种基本途径可以改变有机透明塑料的折射率，一种方法利用强光场，使有机塑料的瞬间气化，从而产生空洞，形成内雕的效果。但由于强光场的产生依赖于飞秒激光器，但飞秒激光器的价格昂贵、结构复杂和维护困难，短时间内还难以被大面积的推广应用，这种方法目前还只是在实验室中使用；另一种是利用加热的办法，使透明塑料重新凝结，由应力结构导致的凝结区与周围的塑料会产生折射率差异。对于依赖热效应进行加工的有机塑料来说，目前常用激光器的输出波长一般在1微米附近，例如Nd:YAG激光器或者掺镱光纤激光器，有机透明塑料对其吸收很少，无法直接加工，而CO2激光器的输出波长在10微米附近，有机透明塑料对其吸收过大，只能用在有机塑料的表面加工。因此，针对现有使用的壳体的不足之处，有必要提供一种可以实现有机透明塑料内部雕刻的加工装置。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是提供一种透明塑料内雕装置，能够实现对有机塑料的内部雕刻。本技术为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种透明塑料内雕装置，包括用于承载透明有机塑料样品8的平移台9，计算机控制系统5以及受控于计算机控制系统5的激光器1、调焦系统3、光束扫描系统4，其特征在于，所述激光器1产生的激光的波长为1.9微米～2.1微米，沿激光光束出射方向，依次排布分光系统2、调焦系统3、光束扫描系统4，激光光束经分光系统2分光后通过调焦系统3和光束扫描系统4对激光光束进行聚焦控制，最后作用于透明有机塑料样品8上实现透明塑料的内雕。进一步的，所述激光器1为连续掺铥光纤激光器或者脉冲掺铥光纤激光器。进一步的，所述分光系统2前还设置有准直系统，所述准直系统包括从左至右依次设置的半月透镜21和凸透镜22，所述凸透镜22前后表面分别镀有增透膜。进一步的，所述分光系统2包括平行设置的第一棱镜23和第二棱镜24，所述第一棱镜23和第二棱镜24的前表面分别镀有反射膜。进一步的，所述第一棱镜23的前表面镀有对激光波长50％反射率的反射膜，所述第二棱镜24的前表面镀有激光波长的全反膜。进一步的，所述调焦系统3由三个以上的光学透镜组成或由可变焦透镜组成或由可变焦反射镜组成。进一步的，所述光束扫描系统4包括两组正交的第一转动反射镜振镜41和第二转动反射镜振镜42、F-theta镜43和伺服控制卡44。本技术对比现有技术有如下的有益效果：本技术提供的透明塑料内雕装置,通过激光器产生2微米左右的激光，可以对透明塑料进行内部雕刻；并且通过调焦系统和光束扫描系统，实现对焦距的精确控制，保证聚焦光斑的尺寸和形状不会发生严重变形。附图说明图1为本技术透明塑料内雕系统的整体结构示意图；图2为本技术透明塑料内雕系统中准直系统和分光系统的结构示意图；图3为本技术透明塑料内雕系统中光束扫描系统的结构示意图；图4为本技术激光内雕的温度变化图；图5为本技术优选实施例一的整体结构示意图；图6为图5实施例一中的光束扫描系统结构示意图；图7为本技术优选实施例二的整体结构示意图。图中：1:激光器2:分光系统21：半月透镜22：凸透镜23：第一棱镜24：第二棱镜3:调焦系统31：第一凸透镜32：凹凸透镜33：第二凸透镜34：凹面反射镜35：凸面反射镜4:光束扫描系统41：第一转动反射镜振镜42：第二转动反射镜振镜43：F-theta镜44：伺服控制卡45：指示激光5:计算机控制系统6:制冷水箱7:集成数据线8:透明有机塑料样品9:平移台具体实施方式下面结合附图和实施例对本技术作进一步详细说明。在透明材料内部实现内雕加工，对激光束有两个方面的要求，一个要求是激光束必须可以深入到透明材料内部，另一个要求是在特定位置，激光束可以和透明材料产生相互作用，改变透明材料的折射率，实现所谓的内雕。一般有两种基本途径可以改变有机透明塑料的折射率，一种方法利用强光场，使有机塑料的瞬间气化，从而产生空洞，形成内雕的效果。但由于强光场的产生依赖于飞秒激光器，这种方法目前还只是在实验室中使用。另一种是利用加热的办法，使透明塑料重新凝结，由应力结构导致的凝结区与周围的塑料会产生折射率差异。对于依赖热效应进行加工的有机塑料来说，选择合适的激光波长成为一个重要的步骤。目前常用激光器的输出波长一般在1微米(Nd:YAG激光器或者掺镱光纤激光器)附近，有机透明塑料对其吸收很少，无法直接加工，而CO2激光器的输出波长在10微米附近，有机透明塑料对其吸收很大，只能用在有机塑料的表面加工。根据现有技术中存在的问题，波长过小会导致有机透明塑料对波长的吸收很少，无法进行加工；波长过大会导致有机透明塑料对波长的吸收过大，只能用于有机塑料的表面加工，因此，选择合适的激光波长是一个至关重要的步骤。基于掺铥激光介质的激光器，包括光纤激光器和固体激光器，其输出波长在2微米附近，大多数在1.9微米～2.1微米之间，对于加工有机透明塑料是一个非常合适的选择。以有机玻璃(亚克力或PMMA)为例，在2微米波段其吸收系数一般在1.0/mm左右。2微米波长的激光束穿过2mm厚的有机玻璃，大约被吸收20％左右，因此可以用作对有机玻璃进行内雕。在选取了合适的激光波长后，仍需要解决在不影响到周边塑料性质的情况下，在指定的位置对有机透明塑料加热的问题。本技术采用多光束(光束数N)聚焦的方法，使得在焦点汇合处的光强是单一路径中激光束的光强的N倍，当激光的光强所导致的塑料温度高于塑料的玻璃相变点时(对于亚克力塑料，玻璃相变点的温度是104℃)，塑料就会熔化。当关断激光后，塑料再重新凝结，形成折射率差异点，实现对有机透明塑料的内雕。由于单一光束的路径上的光强只有焦点处光强的1/N，其所引起的温度小于塑料的玻璃相变点，不会对透明塑料产生影响，从而在非指定位置仍然保持塑料的透明特性。本技术提供的透明塑料内雕装置的具体结构示意图，如图1所示，包括用于承载透明有机塑料样品8的平移台9、分光系统2、计算机控制系统5以及受控于计算机控制系统5的激光器1、调焦系统3、光束扫描系统4，计算机控制系统5通过集成数据线7与激光器1、调焦系统3、光束扫描系统4联接，实现对激光器1、调焦系统3与光束扫描系统4的同步，并且可以调节激光器1的输出平均功率。如图2所示，分光系统2前还可设置准直系统，分光准直系统包括从左至右依次设置的半月透镜21、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明塑料内雕装置，包括用于承载透明有机塑料样品(8)的平移台(9)，计算机控制系统(5)以及受控于计算机控制系统(5)的激光器(1)、调焦系统(3)、光束扫描系统(4)，其特征在于，所述激光器(1)产生的激光的波长为1.9微米～2.1微米，沿激光光束出射方向，依次排布分光系统(2)、调焦系统(3)、光束扫描系统(4)，激光光束经分光系统(2)分光后通过调焦系统(3)和光束扫描系统(4)对激光光束进行聚焦控制，最后作用于透明有机塑料样品(8)上实现透明塑料的内雕。

【技术特征摘要】
1.一种透明塑料内雕装置，包括用于承载透明有机塑料样品(8)的平移台(9)，计算机控制系统(5)以及受控于计算机控制系统(5)的激光器(1)、调焦系统(3)、光束扫描系统(4)，其特征在于，所述激光器(1)产生的激光的波长为1.9微米～2.1微米，沿激光光束出射方向，依次排布分光系统(2)、调焦系统(3)、光束扫描系统(4)，激光光束经分光系统(2)分光后通过调焦系统(3)和光束扫描系统(4)对激光光束进行聚焦控制，最后作用于透明有机塑料样品(8)上实现透明塑料的内雕。2.根据权利要求1所述的一种透明塑料内雕装置，其特征在于，所述激光器(1)为连续掺铥光纤激光器或者脉冲掺铥光纤激光器。3.根据权利要求1所述的一种透明塑料内雕装置，其特征在于，所述分光系统(2)前还设置有准直系统，所述准直系统包括从左至右依次设置的半月透镜(21)和凸透镜...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐剑秋，沈初杰，
申请(专利权)人：中电科天之星激光技术上海有限公司，
类型：新型
国别省市：上海,31