透明脆性材料加工设备制造技术

本发明专利技术提供了一种透明脆性材料加工设备，包括控制模块、激光切割模块、超声聚焦模块和加工平台，激光切割模块包括激光发生器，及沿激光光路方向依次设置的激光整形单元、激光指向传输单元、激光扫描单元、激光聚焦单元，样品加工平台设置于激光聚焦单元的下方，超声聚焦模块与激光聚焦单元共轴设置，加工平台可多轴自由运动，控制模块用于控制各部件的协同工作。本发明专利技术的有益效果在于：提供了一种透明脆性材料的加工设备，该加工设备采用聚焦激光束对透明脆性材料进行加工，同时采用超声聚焦系统产生聚焦超声波将激光加工产生的材料碎片与材料本体分离，采用该设备加工的材料切割壁光滑无崩裂口，无锥度，大大提高了透明脆性材料加工的成功率。

Processing equipment for transparent brittle materials

The invention provides a transparent brittle material processing equipment, including a control module, a laser cutting module, an ultrasonic focusing module and a processing platform. The laser cutting module includes a laser generator, a laser shaping unit, a laser pointing transmission unit, a laser scanning unit, and a laser focusing, which is arranged along the direction of the laser light path. Unit, the sample processing platform is set at the bottom of the laser focusing unit, the ultrasonic focusing module and the laser focusing unit are coaxially set, and the machining platform can move freely in multi axis. The control module is used to control the cooperative work of each component. The beneficial effect of the invention is as follows: a processing equipment for transparent brittle material is provided. The processing equipment uses a focused laser beam to process transparent brittle materials, and the ultrasonic focusing system produces focused ultrasound to separate the material fragments from the material produced by the laser processing, and uses the material processed by the equipment. The cutting wall is smooth without crack, and has no taper, which greatly improves the success rate of transparent brittle material processing.

【技术实现步骤摘要】
透明脆性材料加工设备
本专利技术涉及切割工艺
，尤其是指一种透明脆性材料加工设备。
技术介绍
随着工业的发展，在现如今的工业生产中，尤其是一些电子元器件以及光电产品的核心部件的加工过程中，通常需要对一些透明材料，比如玻璃、三硼酸锂晶体(LBO)、磷酸二氢钾(KDP)晶体等进行切割、打孔、抛光等一系列的操作。目前主要有以下几种加工方式：1、传统机械加工方式，采用硬金属轮或金刚石在材料表面划线后机械折断，然而，由于脆性材料本身的特性，极易出现表面崩边甚至材料破碎的情况，不能保证良品率。而随着对此类透明脆性材料的产品需求量越来越大，传统的加工方法也正面临着新的挑战；2、激光加工方式，采用激光束产生的高密度能量，使材料在短时间内熔化甚至气化，然后用辅助气体吹除熔渣，随着激光束的移动而形成切缝，然而这种方法产生的问题是在脆性材料的切口端面易产生重凝层和微裂纹，使表面粗糙度增加，而切口崩边及飞溅物会污染材料；3、激光热应力切割法，通过激光扫描材料产生热应力，诱导并控制裂纹扩展的方法来实现脆性材料分离，激光热应力切割法不需要高功率激光照射，材料不会软化和熔化；没有切削粉末或熔渣，切割面光滑，材料没有损失，但是使用这种方法的加工材料，如蓝宝石，需要浸没在氢氟酸等强腐蚀性溶液达数小时，不利于环保，且耗时长。因此，需要对现有技术进行革新。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：提供一种工序简单环保可靠的透明脆性材料加工设备。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种透明脆性材料加工设备，包括控制模块、激光切割模块、超声聚焦模块和加工平台，所述激光切割模块包括激光发生器，及沿激光光路方向依次设置的激光整形单元、激光指向传输单元、激光扫描单元和激光聚焦单元，所述加工平台设置于激光聚焦单元的下方，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元共轴设置，所述加工平台可多轴自由运动，所述控制模块用于控制激光切割模块和超声聚焦模块工作状态及加工平台的位移。进一步的，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元的焦点重合。进一步的，所述加工平台的上面设有加工槽，所述加工槽内设有材料固定机构。进一步的，所述加工槽内灌有液体，所述液体为水或油。进一步的，还包括自适应平台，所述激光切割模块的激光聚焦单元和所述超声聚焦模块均设置于所述自适应平台，所述自适应平台由所述控制模块控制可沿竖直方向运动。进一步的，所述激光发生器产生的激光波长为0.2-11.4μm。进一步的，所述激光发生器产生的激光的脉冲宽度为皮秒级或飞秒级。进一步的，所述超声聚焦模块为高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统产生的超声波频率为18KHz-10MHz。进一步的，所述高强度聚焦超声系统产生的超声波频率与透明脆性材料的共振频率适配。本专利技术的有益效果在于：提供了一种透明脆性材料的加工设备，该加工设备采用聚焦激光束对透明脆性材料进行加工，同时采用超声聚焦系统产生聚焦超声波将激光加工产生的材料碎片与材料本体分离，采用该设备加工的材料切割壁光滑无崩裂口，无锥度，大大提高了透明脆性材料加工的成功率。附图说明下面结合附图详述本专利技术的具体结构：图1为本专利技术的脆性材料加工设备的模块结构示意图。具体实施方式为详细说明本专利技术的
技术实现思路
、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。实施例1请参阅图1，一种脆性材料加工设备，包括控制模块、激光切割模块、超声聚焦模块和加工平台，所述激光切割模块包括激光发生器，及沿激光光路方向依次设置的激光整形单元、激光指向传输单元、激光扫描单元和激光聚焦单元，所述加工平台设置于激光聚焦单元的下方，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元共轴设置，所述加工平台可多轴自由运动，所述控制模块用于控制激光切割模块和超声聚焦模块工作状态及加工平台的位移。本实施例中，控制模块激光发生器产生激光，其中，激光发生器为光纤激光器或固体激光器，产生的激光的波长为0.2-11.4μm，脉宽为皮秒或飞秒的脉冲激光，激光经过激光整形单元，进行对激光的光斑尺寸、形状、光密度分布等调整，经过激光指向传输单元及激光扫描单元进行传输至激光聚焦单元进行聚焦加工，将透明脆性材料通过材料固定机构固定于加工平台上，控制模块通过激光聚焦单元调整激光的焦点，使激光作用于材料的切割点上，然后通过控制加工平台水平向X轴和Y轴的移动，来调整加工设备的切割路径。发射激光同时，与激光聚焦模块共轴共焦设置的超声聚焦模块开始工作，聚焦激光束使材料产生可控的热应力裂纹，由于聚焦超声波与激光焦点重合，强烈的震荡可以使激光照射后产生热应力裂纹的材料延切割的方向裂开，为了使材料的碎片在聚焦超声波的作用下更易脱离材料，将加工平台的加工槽注入液体，该液体可以为水或者油，且液体的选择与激光波长相适应，避免液体吸收激光能量而影响加工效果，浸泡在液体中的透明脆性材料在液体的张力下会加速与碎片的分离过程，其中，聚焦超声波的工作频率与液体的振动频率适配。激光聚焦模块对激光进行多种方式聚焦，如多点聚焦光束、贝塞尔聚焦光束、激光成丝光束等。脆性材料包括玻璃、蓝宝石、石英、刚玉等。激光加工包括切割、钻通孔、钻盲孔等工艺。此处，上、下、左、右、前、后只代表其相对位置而不表示其绝对位置。从上述描述可知，本专利技术的有益效果在于：提供了一种透明脆性材料的加工设备，该加工设备采用聚焦激光束对透明脆性材料进行加工，同时采用超声聚焦系统产生聚焦超声波将激光加工产生的材料碎片与材料本体分离，采用该设备加工的材料切割壁光滑无崩裂口，无锥度，大大提高了透明脆性材料加工的成功率。实施例2在实施例1的基础上，该加工设备还包括自适应平台，所述激光切割模块的激光扫描单元、激光聚焦单元和所述超声聚焦模块均设置于所述自适应平台，所述自适应平台由所述控制模块控制可沿竖直方向运动。本实施例中，当材料较厚时，控制模块可控制自适应平台调节激光聚焦的焦点在竖直方向，即Z轴的位置，让焦点向材料内部移动，实现对材料的立体加工，大大提高了加工效率。本专利技术中的X轴、Y轴和Z轴两两之间相互垂直，其中X轴和Y轴代表水平向的位移，Z轴代表竖直向的位移。实施例3在实施例2的基础上，所述超声聚焦模块为高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统产生的超声波频率为18KHz-10MHz。本实施例中，高强度聚焦超声系统由多个超声波发生源组成，每个超声波发生源均可产生一个超声波束，将多个超声波束聚焦于一点时，即可得到聚焦超声波，配合激光切割模块可以加速材料碎片与材料分离的过程。所述高强度聚焦超声系统产生的超声波频率与透明脆性材料的共振频率适配，采用与共振频率适配的超声波频率对材料进行加工，可提高加工效率。当透明脆性材料浸泡于液体中加工时，高强度聚焦超声系统产生的超声波频率与液体的共振频率适配。以上所述仅为本专利技术的实施例，并非因此限制本专利技术的专利范围，凡是利用本专利技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的
，均同理包括在本专利技术的专利保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明脆性材料加工设备，其特征在于：包括控制模块、激光切割模块、超声聚焦模块和加工平台，所述激光切割模块包括激光发生器，及沿激光光路方向依次设置的激光整形单元、激光指向传输单元、激光扫描单元和激光聚焦单元，所述加工平台设置于激光聚焦单元的下方，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元共轴设置，所述加工平台可多轴自由运动，所述控制模块用于控制激光切割模块和超声聚焦模块工作状态及加工平台的位移。

【技术特征摘要】
1.一种透明脆性材料加工设备，其特征在于：包括控制模块、激光切割模块、超声聚焦模块和加工平台，所述激光切割模块包括激光发生器，及沿激光光路方向依次设置的激光整形单元、激光指向传输单元、激光扫描单元和激光聚焦单元，所述加工平台设置于激光聚焦单元的下方，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元共轴设置，所述加工平台可多轴自由运动，所述控制模块用于控制激光切割模块和超声聚焦模块工作状态及加工平台的位移。2.如权利要求1所述的透明脆性材料加工设备，其特征在于：所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元的焦点重合。3.如权利要求2所述的透明脆性材料加工设备，其特征在于：所述加工平台的上面设有加工槽，所述加工槽内设有材料固定机构。4.如权利要求3所述的透明脆性材料加工设备，其特征在于：所述加工槽内灌有液体，所述液体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：周云申，沈丹鸿，周蕊，
申请(专利权)人：常州英诺激光科技有限公司，江苏微纳激光应用技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32