一种玻璃材质过滤结构的制作方法技术

一种玻璃材质过滤结构的制作方法属于激光加工领域。本发明专利技术步骤：在计算机中用3D建模软件建立滤网络结构模型；提取网络结构中的节点创建点云模型，此时竖直方向两点间距离应为水平方向距离的1.8~2.1倍；点云模型高度需大于玻璃厚度2mm~4mm；点云密度在130~160点/mm2范围内变化；利用激光器配合加工平台以及振镜系统，按照生成的点云模型在玻璃材料内部进行刻点形成裂痕，点与点之间会因为应力作用形成微通道，使点点之间相连接，形成具有过滤功能的微结构；绿光激光器功率在300mw~750mw之间变化，紫外激光器功率在400mw~900mw之间变化。本发明专利技术适用于多种玻璃材料的滤网微结构制备，可制作多种形状的滤网微结构，使用激光功率低，玻璃作为滤网制备材料价格低廉。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在玻璃基板内部制造过滤微结构的方法。
技术介绍
日常生活和工业生产中，许多地方都需要应用到过滤微结构，过滤粉尘、泡沫等物质，而玻璃在工业生产和日常生活中应用同样非常广泛。将两者进行融合，利用激光在玻璃内部织构错综复杂的微结构，并使其在玻璃上下表面通透，水分子可以通过这种微结构，但泡沫、杂质颗粒无法通过，完成过滤。目前，用来进行过滤的装置多是其他材料，而利用玻璃制作过滤结构有制备简单、价格便宜，过滤效果好等优势，同时玻璃材质的过滤结构宏观形状可控，面积可控。
技术实现思路
针对以上内容，有必要提出一种制作简单、高可靠的过滤微结构制作方法，用来过滤液体中的杂质微粒、泡沫等。本专利技术可以制作O. 7mm至8mm厚度的玻璃过滤装置,随着厚度增大,玻璃内部过滤通道增多，因此过滤效果提高。制作过滤器使用的材料可以是普通钠钙玻璃、超白玻璃、电子玻璃甚至是液晶基板玻璃。本专利技术中，制作玻璃过滤结构所使用的装置包括计算机、激光器、计算机与激光器连接的数据线、激光运动控制系统、工作台等运动控制系统，材料为上文中提到的各种玻璃，其特征在于，包括如下步骤( I)在计算机中用3D建模软件建立滤网络结构模型；(2)提取网络结构中的节点创建点云模型，此时竖直方向两点间距离应为水平方向距离的1. 8^2.1倍；点云模型高度需大于玻璃厚度2mnT4mm ;点云密度在13(Tl60(点/mm2)范围内变化；(3)利用激光器配合加工平台以及振镜系统，按照生成的点云模型在玻璃材料内部进行刻点形成裂痕，点与点之间会因为应力作用形成微通道，使点点之间相连接，形成具有过滤功能的微结构；绿光激光器功率在300imT750mW之间变化，紫外激光器功率在400mw,900mw之间变化；低能量对应的过滤通道直径更小。所述的3D 建模软件可以是3D MAX、Pro/E、solidworks、AUTO CAD 等所述的点云模型是指点阵列，激光按照点阵模型，在有点的位置出光进行加工。所述的点云密度是指调整点与点之间距离，在激光功率一定的情况下，点与点之间距离过大将会导致两点之间无通道连接，从而无法连通不能起到过滤作用，距离过小会导致两点之间通道直径过大，造成过滤效果不佳。随着玻璃材料密度和光透过率的增加，点云密度和功率也要随之增加。因为激光器光斑作用于玻璃内部时产生的裂纹并非完全对称，其在竖直方向尺寸大于水平方向尺寸，因此在竖直方向裂纹更容易扩展，为保证滤网结构均匀，通常竖直方向的点与点之间距离为水平方向距离的1. 8^2.1倍。所述的微米级通道是指玻璃内部激光雕刻的两点之间，当玻璃材料冷却后，在拉伸应力作用下会产生裂缝，裂缝的直径可以用激光功率和点云密度控制。所述的激光器是绿光激光器或者紫外激光器。绿光激光器功率可调，平均功率300mw 750mw。紫外激光器平均功率为400mw 900mw。所述的加工平台是指一个能在竖直方向进行精确移动的平台，用来在竖直方向定位待加工材料。振镜系统用来将激光束在二维平面内定位。所述的点云加工指的是，按照第(2)和(3)步中生成并调整好密度的点云模型，将激光在需要打点的位置聚焦，聚焦点的能量密度将大于玻璃的破裂阈值，在聚焦点出产生一个微小裂痕，而在聚焦点以外的位置，能量密度低，不会对玻璃造成破坏。本专利技术的工作原理是根据玻璃材料类型与想要的过滤通道直径，调整点与点之间距离和功率对于普通钠钙玻璃，最佳点云密度为13(Γ140 (点/mm2)，最佳激光器功率为72(T755mw，此时，激光刻点处直径为20 μ m，点之间通道直径为5 μ m左右；对于超白玻璃，其密度和硬度均高于普通玻璃，最佳点云密度为14(Γ155 (点/mm2)，最佳激光器功率为770mw左右，此时，激光刻点处直径为20 μ m,通道直径5 μ m左右。想要得到更加细小的通道以提高过滤精度，则可以通过增加点云密度，同时降低激光功率来实现。为简化定位过程，建立点云模型时，模型高度应比玻璃基板厚度大2 4mm，以保证过滤结构在玻璃的上下表面通透。控制振镜、平台和激光器，按照预先设定的路径在玻璃内部刻点，可点完成后材料自然冷却，点与点之间形成微通道，这些通道允许液体通过，会过滤掉尺寸大于直径的杂质微粒。其他类型的玻璃材料，根 据其密度、弹性模量，以及对过滤结构性能的要求决定点云密度和激光功率。本专利技术可实现在玻璃基板中行直接制备具有过滤功能的微结构，且过滤装置的过滤区域形状可以人为设计，如圆形、三角形、四边形等。本专利技术的特点是1.利用激光进行过滤结构的制备，属于非接触加工。精度高，速度快。2.过滤装置的材料为玻璃，污染小，成本低。3.本专利技术使用的是半导体泵浦绿光激光器或者紫外脉冲激光器。4.过滤通道由应力自然产生，平整光滑。5.过滤区域形状控制简单。可以是三角形、圆形、四边形或者闭合曲线。附图说明图1本专利技术所使用的玻璃过滤结构制作系统的结构示意中1，振镜扫描系统，2，激光光束，3，过滤结构，4，过滤结构玻璃基板，5，加工平台，6,激光器,7,计算机。图2过滤结构点云模型图，a, 3D点云模型示意图，b，3D点云模型俯视图，c，3D点云模型侧视图。图3厚度为5_的普通玻璃圆形过滤结构实物图，过滤通道直径约为5μηι。图4厚度为5_的超白玻璃方形过滤结构实物图，过滤通道直径约为5 μ m。具体实施例方式首先有必要在此指出的是本实施例只用于对本专利技术进行进一步说明，不能理解为对本专利技术保护范围的限制。实例I本专利技术选用体积小，加工方便的532nm半导体泵浦绿光激光器，激光运动控制系统采用扫描振镜；选用厚度为1.1mm的普通玻璃作为材料；选用圆形为过滤结构的形状。过滤通道直径为10 μ m,本实例属于普通玻璃圆形过滤结构制备。本实例按以下方法进行将玻璃清洗干净，置于加工平台上；利用3Dmax制作模型，模型高度为4mm，保存为OBJ格式；将文件导入专业软件生成点云模型；将点云密度调整为130(点/mm2)，保存点云模型为dxf格式，模型图见图2 ;将点云模型dxf文件导入激光振镜控制软件；设定激光器功率为745mw，激光器重频为1. 81kHz，单脉冲打点；打开激光器，使激光器按照预先设定的加工参数开始扫描；扫描完毕后，取出玻璃，用辅助气体将表面吹净。实物图见图3。 此外，对于上述1.1mm厚度普通钠钙玻璃，如果将点云密度改为140点/mm2，激光功率改为725mw，其他参数保持不变，则可以实现通道直径为5μπι的过滤结构制备。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种玻璃材质过滤结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在计算机中用3D建模软件建立滤网络结构模型；（2）提取网络结构中的节点创建点云模型，此时竖直方向两点间距离应为水平方向距离的1.8~2.1倍；点云模型高度需大于玻璃厚度2mm~4mm；点云密度在130~160点/mm2范围内变化；（3）利用激光器配合加工平台以及振镜系统，按照生成的点云模型在玻璃材料内部进行刻点形成裂痕，点与点之间会因为应力作用形成微通道，使点点之间相连接，形成具有过滤功能的微结构；绿光激光器功率在300mw~750mw之间变化，紫外激光器功率在400mw~900mw之间变化。

【技术特征摘要】
1.一种玻璃材质过滤结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤 (1)在计算机中用3D建模软件建立滤网络结构模型； (2)提取网络结构中的节点创建点云模型，此时竖直方向两点间距离应为水平方向距离的1. 8^2.1倍；点云模型高度需大于玻璃厚度2mnT4mm ;点云密度在13(Tl60点/...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘富荣，黄超，陈继民，袁建文，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：