公开了一种用于在部件(1)的表面上产生虹彩视觉效应的方法，在该方法中在设备的聚焦系统(12)的光场中，将具有小于一纳秒的脉冲持续时间的激光束(7)发送到所述表面上，该设备包括激光源(6)、扫描器(11)和所述聚焦系统(12)，以便在所述脉冲的宽度上将具有相同取向的小波形式的结构施用到所述表面，且所述扫描器(11)通过所述表面和发射激光束的设备的相对运动、通过所述激光辐射(7)沿着一系列连续线(14、15、16)或点矩阵扫描表面，每条线(14、15、16)的宽度或每个矩阵的每个点的尺寸等于所述脉冲的直径，其特征在于，在沿着两条连续线(14、15、16)或两个相邻点进行扫描之间，激光束(7)的偏振被修改，以便在两条连续线(14、15、16)或两个相邻点上产生具有不同取向的小波。本发明专利技术还涉及用于进行所述方法的设备，和由此获得的部件。获得的部件。获得的部件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在材料表面上产生虹彩视觉效应的方法、实施所述方法的设备和由此获得的部件
[0001]本专利技术涉及不锈钢板或其他材料的表面的激光处理，旨在给予这些表面虹彩(iridescent)外观。
[0002]虹彩处理(也被称为“LIPPS”或“小波(wavelets)”)包括用短脉冲持续时间(小于一纳秒)的脉冲激光辐射照射材料的表面。每个脉冲在其作用于待处理材料的冲击点处的直径通常在10μm到几百μm的量级。如果入射光束的能量足够高，则这种辐射会引起材料表面的结构改变和/或重新组织，这将采用周期性结构。然而，如果光束能量太高，则可能发生经由汽化/升华/冲击波的烧蚀现象，这优选或与周期性表面结构的形成一起发生。对于给定的材料，要使用的能量范围可以用实验方法容易地确定，以在改变或不改变表面条件或光泽的情况下获得所需的虹彩效应(iridescent effect)。
[0003]这种处理特别地但不仅仅在所有类型的不锈钢上执行。处理的目的可以是纯粹的美学，但它也允许改变表面润湿性，并降低了其耐摩擦性和细菌粘附。这种处理可以在物体表面上直接进行，不锈钢钝化层位于该物体上，无需事先活化/去钝化。
[0004]在其上进行这种处理的其他材料特别是各种金属、聚合物(诸如PVC)、陶瓷、玻璃。
[0005]在下文中，不锈钢的情况将是有利的，应当理解，本专利技术适用于当前或将来已知的所有金属或非金属材料，以在根据指示进行激光处理之后呈现虹彩效应，可以通过调整设施的精确操作参数(激光的功率和频率等)，已知这些参数在获得导致周期性表面结构形成的虹彩效应中起作用。
[0006]虽然这种周期性表面结构的确切形成机制尚未确定，但不同实验室进行的测试和表征显示，根据激光通过的次数和/或脉冲能量和/或扫描参数，表面的结构可以根据每单位表面积的总照射能量而呈现以下四种结构之一，这些结构以递增的能量顺序分类，且其命名通常由本领域技术人员甚至非英语人士使用：
[0007]1)所谓的“HSFL”(高空间频率LIPPS(High Spatial Frequency LIPPS))结构：
[0008]这种结构由小的小波组成，在不锈钢的情况下，这些小波沿入射激光束的偏振方向取向。这些小波的空间频率小于用于处理的激光波长。
[0009]2)所谓的“LSFL”(低空间频率LIPPS(Low Spatial Frequency LIPPS))结构：
[0010]在不锈钢的情况下，该结构比先前的小波更大的小波组成，这些小波沿与入射光束的偏振方向垂直的方向取向。这些小波的空间频率略低或略高，或等于激光波长。对于用1064nm的激光波长对不锈钢表面进行处理，小波的周期性在1μm的量级。在LSFL结构的镂空部(hollow)中仍然可以看到HSFL结构。
[0011]需要注意的是，对于一些材料，与不锈钢相比，HSFL和LSFL结构的各自取向可以颠倒。
[0012]3)所谓的“凹槽(groove)”或“隆起(bump)”结构：
[0013]这种结构由覆盖整个经处理表面的微米尺寸的隆起构成。这些隆起以类似于“蛇皮(snakeskin)”效应的结构来组织。
[0014]4)峰或“尖峰(spikes)”的结构：
[0015]这种结构由高度的范围从几微米到几十微米的尖峰组成。尖峰之间的距离取决于处理参数。
[0016]有关这些结构及该效应的机制的更多详细信息可以在B.Liu等人的如下文章中找到：《Evolution of nano
‑
ripples on stainless steel irradiated by picosecond laser pulses(皮秒激光脉冲辐照的不锈钢表面上的纳米波纹的演变)》，Journal of Laser Applications(激光应用杂志)，2014年2月16号。特别是，据报道，对于相同数量的脉冲，照射能量密度(fluence)的增加导致获得HSFL而不是LSFL(如刚才所示)，而在相同能量密度下，较高数量的脉冲导致产生LSFL而不是HSFL，直到脉冲数变得太高而无法观察小波。因此，对于给定的材料，照射之后表面的精确构造是由包含接收到脉冲的数量和由每个脉冲传递的能量的机制产生。这种机制是复杂的，但对于给定的材料，获得上述配置中的一种或另一种的可靠条件可由用户通过实验确定。
[0017]一般来说，在前两种情况下，表面的这种周期性组织允许一种诱导现象，这是激光表面处理的操作者所熟知的，即当处理过的样品置于光源下时，通过创建光学网络而产生的光衍射。根据用户的取向和位置、以及光线，可以在样品上看到彩虹的颜色。这就是所谓的“虹彩效应”。
[0018]当样品的表面具有上述第三种或第四种情况的明显效应时，这种效应不再存在，因为在这两种情况下，激光源传递到样品表面上的能量已经达到了至少局部过高的水平，导致表面变形，这不再允许获得虹彩效应，因为表面结构已经失去其周期性性质。
[0019]这种上虹彩(iridizing)不应与不锈钢的表面着色相混淆，不锈钢的表面着色(无论是否自愿)是通过等离子处理、或由炉或火炬处理获得的表面氧化而获得的。虹彩效果不是由着色产生的，而是由在某些观察条件下表面上出现的颜色产生的。在恰当的所谓的着色工艺中表面结构的周期性的缺失是根据本专利技术的表面上虹彩与通过等离子体、炉或火炬处理对不锈钢进行着色之间的本质区别。
[0020]然而，这种虹彩的观察是高度定向的，即，这种虹彩的观察和观察到的虹彩的强度高度取决于观察材料表面的角度。
[0021]表面上虹彩的操作者遇到的另一个问题如下。
[0022]目前，在上虹彩处理的实验室中，可以要么使用仅将激光器和扫描器耦合在一起的系统来获得均匀的样品，该系统产生激光束的快行进轴线(经由多角轮(polygonal wheel)或检流计镜(galvanometer mirror))和激光束的慢行进轴线(经由检流计镜)；要么使用与机械化臂耦合的激光器和扫描器系统来获得均匀的样品，该机械化臂沿着慢轴线移动扫描器。
[0023]扫描器沿慢轴线的移动可以由待处理的板在激光器前方沿慢轴线的移动代替，该激光器保持固定在慢轴线上。还可以做出规定，使得激光器沿两个轴线(慢轴线和快轴线)保持固定，并且是待处理的物体沿这两个轴线移动。
[0024]刚刚描述的结构的形成机制取决于传输到材料的表面上的总能量以及该能量的空间和时间分布。因此，利用LSFL获得的虹彩的“强度”在已经处理的区域(区域)上的激光的每个新通路之间将增加，直到达到最大值，之后当LSFL在额外施加的能量的作用下逐渐变成“隆起”时，强度会降低。
[0025]这意味着存在待传输到材料的表面的能量最佳值，对于该最佳值，虹彩效应最强，
Applications(用于高功率和高重复率应用的新一代高速多角轮驱动的2D偏转单元和控制器)”(由E.Wagner、M.Weber和L.Bellini介绍)、在斯图加特举行的SLT 2018大会上提出了上本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在部件(1)的表面上产生虹彩视觉效应的方法，由此在设备的聚焦系统(12)的光场中，将具有小于一纳秒的脉冲持续时间的激光束(7)发送到所述表面上，所述设备包括激光源(6)、扫描器(11)和所述聚焦系统(12)，以便在所述脉冲的宽度上将具有相同取向的小波形式的结构施用到所述表面，且所述扫描器(11)通过所述表面和发射所述激光束的设备的相对行进、利用所述激光辐射(7)沿着一系列连续线(14、15、16)或点的矩阵扫描所述表面，每条线(14、15、16)的宽度或每个矩阵的每个点的尺寸等于所述脉冲的直径，其特征在于，在沿着两条连续线(14、15、16)或两个相邻点进行扫描之间，所述激光束(7)的偏振被修改，以便在两条连续线(14、15、16)或两个相邻点上产生不同取向的小波。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束(7)的偏振根据周期性图案来修改，所述周期性图案在M条连续线上延伸，M至少等于2，优选至少等于3。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，两条连续线(14、15、16)或两个相邻点具有相差至少20
°
且至多90
°
的偏振角。4.根据权利要求1至3中一项所述的方法，其特征在于，在第一设备的所述聚焦系统(12)的所述光场中，将具有小于一纳秒的脉冲持续时间的激光束(7)发送到所述表面上，所述第一设备包括激光源(6)、扫描器(11)和所述聚焦系统(12)；在至少一个第二设备的所述聚焦系统(12)的所述光场中，将具有小于一纳秒的脉冲持续时间的激光束(7)发送到所述表面上，所述至少一个第二设备包括激光源(6)、扫描器(11)和所述聚焦系统(12)，位于彼此延伸中的两条线(14，15，16)的偏振或属于两个相邻场的两个相邻点的偏振是相同的。5.根据权利要求1至4中一项所述的方法，其特征在于，所述部件的所述表面和发射所述激光束的所述设备的所述相对行进是通过将所述部件放置在移动支承件上进行的。6.根据权利要求1至5中一项所述的方法，其特征在于，所述部件的所述表面和发射所述激光束的所述设备的所述相对行进是通过将发射所述激光束的所述设备放置在移动支承件上进行的。7.根据权利要求1至6中一项所述的方法，其特征在于，所述部件是板材金属的。8.根据权利要求1至7中一项所述的方法，其特征在于，所述部件...
【专利技术属性】
技术研发人员：伊斯梅尔，
申请(专利权)人：艾普伦，
类型：发明
国别省市：
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