一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法。该加工装置包括：激光发生装置和铣床加工装置；铣床加工装置包括主轴、微铣刀和工作台；激光发生装置、主轴和微铣刀均位于工作台上方；微铣刀固定在主轴上；激光发生装置和微铣刀均正对工作台；工作台用于放置或固定待加工表面涂有耦合反应材料的待加工工件；激光发生装置用于产生功率低于6W的激光照射到待加工表面；微铣刀用于沿待加工表面的激光轨迹对待加工工件进行加工；耦合反应材料为在激光加热时与待加工工件产生化学反应的材料。本发明专利技术的加工装置及方法，能够提高工件加工效率、表面质量以及三维微结构使役性能，延长微铣刀的使用寿命。

A device and method for laser-induced material coupling reaction

【技术实现步骤摘要】
一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法
本专利技术涉及先进制造领域，特别是涉及一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法。
技术介绍
陶瓷材料具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、耐烧蚀等优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，广泛用于能源、航天航空、汽车、冶金、化工、电子等领域。比如，在电子工业领域，陶瓷微槽是陶瓷平板热管、陶瓷电阻器系统散热装置中的重要结构；在航空航天领域，陶瓷微结构可作为陶瓷密封环的流体动压槽；在生物医学领域，陶瓷微结构可作为义齿上的表面疏水结构。陶瓷材料同时具有高硬度、高脆性、低断裂韧性的特点，因此加工难度很大。若加工方法选择不当，会引起工件表面层组织的破坏，很难实现高精度、高效率、高可靠性的加工，从而限制了陶瓷应用范围的进一步扩展。因此，对于陶瓷微结构的加工技术一直处于微细制造领域的研究前沿。然而在陶瓷微结构的加工过程中，由于陶瓷的高硬度、高脆性、低断裂韧性的性质，导致加工陶瓷的微铣刀磨损严重，大大缩短了微铣刀的使用寿命。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法，延长微铣刀的使用寿命。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置，包括：激光发生装置和铣床加工装置；所述铣床加工装置包括主轴、微铣刀和工作台；所述激光发生装置、所述主轴和所述微铣刀均位于所述工作台上方；所述微铣刀固定在所述主轴上；所述激光发生装置和所述微铣刀均正对所述工作台；所述工作台用于放置或固定待加工表面涂有耦合反应材料的待加工工件；所述激光发生装置用于产生功率低于6W的激光照射到待加工表面；所述微铣刀用于沿待加工表面的激光轨迹对所述待加工工件进行加工；所述耦合反应材料为在激光加热时与所述待加工工件产生化学反应的材料。可选的，所述激光发生装置包括激光器、扩束镜、振镜和聚焦透镜；所述激光器用于产生激光光束并将所述激光光束发射到所述扩束镜；所述扩束镜用于对所述激光光束进行扩束形成扩束激光，并将所述扩束激光输入到所述振镜；所述振镜用于对所述扩束激光进行角度调整，使所述扩束激光照射到指定位置；所述聚焦透镜位于所述振镜的激光出射端，所述聚焦透镜用于对经所述振镜调整后的扩束激光进行聚焦，使所述扩束激光会聚到待加工表面。可选的，该加工装置还包括计算机；所述计算机与所述激光器以及所述振镜的控制输入端电连接，用于控制所述激光器的激光参数和所述振镜的角度。可选的，所述计算机还与所述主轴的步进电机以及所述微铣刀的驱动电机电连接，用于通过控制所述步进电机实现对所述主轴位置的调整和通过控制所述驱动电机实现对所述微铣刀的动作的调整。可选的，该加工装置还包括CCD相机，所述CCD相机的正对所述工作台，用于记录对所述工作台上的加工过程进行监测。可选的，所述待加工工件的材质为陶瓷，所述耦合反应材料为硅胶或涂水玻璃。本专利技术还公开一种激光诱导材料耦合反应下的加工方法，应用于上述的激光诱导材料耦合反应下的铣削加工装置；该加工方法包括：在待加工工件的待加工表面涂一层耦合反应材料；所述耦合反应材料为在激光加热时与所述待加工工件产生化学反应的材料；利用激光发生装置发出激光并控制激光沿预加工轨迹照射所述待加工表面，使所述预加工轨迹处的所述待加工工件与所述耦合反应材料发生化学反应，从而对所述待加工表面实现材料改性；控制所述主轴运动，使所述微铣刀沿所述待加工表面上的激光照射轨迹对改性后的待加工工件进行加工。可选的，在所述在待加工工件的待加工表面涂一层耦合反应材料之前，还包括：对所述待加工工件的表面进行清洁处理。可选的，所述利用激光发生装置发出激光并控制激光沿预加工轨迹照射所述待加工表面，使所述预加工轨迹处的所述待加工工件与所述耦合反应材料发生化学反应，具体包括：调整所述激光发生装置中激光器的激光输出功率，使所述激光器产生激光的功率低于6W；通过控制所述激光发生装置中的振镜的角度实现对激光照射位置的调整，从而使激光沿预加工轨迹照射所述待加工表面。可选的，所述控制所述主轴运动，使所述微铣刀沿所述待加工表面上的激光照射轨迹对改性后的待加工工件进行加工，具体包括：控制所述主轴运动，使所述微铣刀沿所述待加工表面上的激光照射轨迹去除化学反应生成的生物层变质层、亚表层和待加工工件的部分基体材料。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术所公开的激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法，通过激光发生装置对涂有耦合反应材料的待加工表面进行激光照射，从而使待加工工件与偶合反应材料产生化学反应，生成变质层，然后利用微铣刀去除该变质层。即本专利技术的激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法通过改变待加工表面的性质，使待加工表面的硬度降低，从而降低铣削力和减少微铣刀的磨损，延长微铣刀的使用寿命，提高加工表面质量和微结构使役性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术激光诱导材料耦合反应下的加工装置实施例的装置结构图；图2为本专利技术激光诱导材料耦合反应下的加工方法实施例的方法流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：图1为本专利技术激光诱导材料耦合反应下的加工装置实施例的装置结构图。参见图1，该激光诱导材料耦合反应下的加工装置，包括：激光发生装置、铣床加工装置，该铣床加工装置包括主轴1、微铣刀2和工作台3；所述激光发生装置、所述主轴1和所述微铣刀2均位于所述工作台3上方；所述微铣刀2固定在所述主轴1上；所述激光发生装置和所述微铣刀均正对所述工作台3；所述工作台3用于放置或固定待加工表面涂有耦合反应材料4的待加工工件5；所述激光发生装置用于产生功率低于6W的激光6照射到待加工表面；所述微铣刀2用于沿待加工表面的激光轨迹对所述待加工工件5进行加工；所述耦合反应材料4为在激光加热时与所述待加工工件5产生化学反应的材料。所述激光发生装置包括激光器7、扩束镜8、振镜9和聚焦透镜10；所述激光器7用于产生激光光束并将所述激光光束发射到所述扩束镜8；所述扩束镜8用于对所述激光光束进行扩束形成扩束激光，并将所述扩束激光输入到所述振镜9；所述振镜9用于对所述扩束激光进行角度调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置，其特征在于，包括：激光发生装置和铣床加工装置；所述铣床加工装置包括主轴、微铣刀和工作台；/n所述激光发生装置、所述主轴和所述微铣刀均位于所述工作台上方；所述微铣刀固定在所述主轴上；所述激光发生装置和所述微铣刀均正对所述工作台；/n所述工作台用于放置或固定待加工表面涂有耦合反应材料的待加工工件；所述激光发生装置用于产生功率低于6W的激光照射到待加工表面；所述微铣刀用于沿待加工表面的激光轨迹对所述待加工工件进行加工；/n所述耦合反应材料为在激光加热时与所述待加工工件产生化学反应的材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置，其特征在于，包括：激光发生装置和铣床加工装置；所述铣床加工装置包括主轴、微铣刀和工作台；
所述激光发生装置、所述主轴和所述微铣刀均位于所述工作台上方；所述微铣刀固定在所述主轴上；所述激光发生装置和所述微铣刀均正对所述工作台；
所述工作台用于放置或固定待加工表面涂有耦合反应材料的待加工工件；所述激光发生装置用于产生功率低于6W的激光照射到待加工表面；所述微铣刀用于沿待加工表面的激光轨迹对所述待加工工件进行加工；
所述耦合反应材料为在激光加热时与所述待加工工件产生化学反应的材料。


2.根据权利要求1所述的激光诱导材料耦合反应下的加工装置，其特征在于，所述激光发生装置包括激光器、扩束镜、振镜和聚焦透镜；所述激光器用于产生激光光束并将所述激光光束发射到所述扩束镜；所述扩束镜用于对所述激光光束进行扩束形成扩束激光，并将所述扩束激光输入到所述振镜；所述振镜用于对所述扩束激光进行角度调整，使所述扩束激光照射到指定位置；所述聚焦透镜位于所述振镜的激光出射端，所述聚焦透镜用于对经所述振镜调整后的扩束激光进行聚焦，使所述扩束激光会聚到待加工表面。


3.根据权利要求2所述的激光诱导材料耦合反应下的加工装置，其特征在于，还包括计算机；所述计算机与所述激光器以及所述振镜的控制输入端电连接，用于控制所述激光器的激光参数和所述振镜的角度。


4.根据权利要求3所述的激光诱导材料耦合反应下的加工装置，其特征在于，所述计算机还与所述主轴的步进电机以及所述微铣刀的驱动电机电连接，用于通过控制所述步进电机实现对所述主轴位置的调整和通过控制所述驱动电机实现对所述微铣刀的动作的调整。


5.根据权利要求1所述的激光诱导材料耦合反应下的加工装置，其特征在于，还包括CCD相机，所述CCD相机的正对所述工作台，用于记录对所述工作台上的加工过程进行监测。

【专利技术属性】
技术研发人员：赵国龙，夏宏军，李亮，何宁，郝秀清，陈妮，杨吟飞，赵威，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32