激光微加工裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種激光微加工裝置，屬于激光微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微加工領(lǐng)域通常指通過(guò)在微細(xì)工件上去除材料實(shí)現(xiàn)特征的創(chuàng)建和修改。激光加工技術(shù)是常見(jiàn)的一種激光微細(xì)加工技術(shù)。激光微細(xì)加工有許多優(yōu)點(diǎn)，包括良好的柔性(光束掃描軌跡路徑的可控制性)，非接觸式加工(激光束為最主要的加工刀具，且與工件不接觸)，高分辨率(小于10微米)。因此，激光微細(xì)加工有許多現(xiàn)有的和潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，包括但不局限于如:醫(yī)療設(shè)備、太陽(yáng)能電池以及提高摩擦性能的機(jī)械零件表面微織構(gòu)。
[0003]與此同時(shí)，目前激光加工仍存在以下一個(gè)或多個(gè)缺陷:
[0004]I)碎肩的沉積；
[0005]2)激光誘導(dǎo)的熱效應(yīng)缺陷，包括表面氧化層、重鑄層、熱影響區(qū)、裂紋等；
[0006]3)有害的表面殘余拉應(yīng)力，降低了零部件的機(jī)械性能，也可視為激光誘導(dǎo)熱效應(yīng)的另一種缺陷形式。
[0007]在加工過(guò)程中，上述缺點(diǎn)很難被減少或去除，其增加了加工的難度、時(shí)間和成本。
[0008]因此，有必要開(kāi)發(fā)一種新的技術(shù)來(lái)提高激光加工的效率和質(zhì)量，避免上述缺點(diǎn)中一個(gè)或多個(gè)的發(fā)生。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0009]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種激光微加工裝置，旨在避免缺陷的發(fā)生，提高加工質(zhì)量和效率。
[0010]本實(shí)用新型的目的通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0011]激光微加工裝置，特點(diǎn)是:包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)以及位于其上的容器，下超聲振動(dòng)臺(tái)安裝在容器底部，上超聲振動(dòng)臺(tái)固定在下超聲振動(dòng)臺(tái)上，工件置于上超聲振動(dòng)臺(tái)上，放置工件的上超聲振動(dòng)臺(tái)上方布置有激光源和透鏡，激光源發(fā)出激光束，激光束穿過(guò)透鏡到達(dá)工件的表面，放置工件的上超聲振動(dòng)臺(tái)上側(cè)設(shè)有超聲喇叭，超聲喇叭發(fā)射超聲波至工件的表面，外容器通過(guò)進(jìn)液管和出液管與容器相連，進(jìn)液管端部設(shè)有噴嘴，噴嘴朝向工件的表面。
[0012]進(jìn)一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述進(jìn)液管和出液管的管路上安裝有變流量泵。
[0013]更進(jìn)一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述進(jìn)液管管路上設(shè)有過(guò)濾器。
[0014]更進(jìn)一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述放置工件的上超聲振動(dòng)臺(tái)上側(cè)設(shè)有第一超聲喇叭和第二超聲喇叭，分別位于左右兩側(cè)并朝向工件表面。
[0015]更進(jìn)一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述上超聲振動(dòng)臺(tái)發(fā)射的超聲波傳播的方向垂直于工件表面，下超聲振動(dòng)臺(tái)發(fā)射的超聲波傳播方向水平于工件表面。
[0016]更進(jìn)一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述進(jìn)液管發(fā)射具有壓力的液體至加工區(qū)域及周圍區(qū)域。
[0017]更進(jìn)一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述激光源發(fā)出的激光的運(yùn)動(dòng)方向與下超聲振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的角度可調(diào)。
[0018]本實(shí)用新型技術(shù)方案突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著的進(jìn)步主要體現(xiàn)在:
[0019]①激光輻照浸沒(méi)在液體中工件表面時(shí)，利用超聲喇叭輻照工件表面，或使工件在豎直方向和水平方向產(chǎn)生超聲振動(dòng)；激光與超聲波將同時(shí)理想的作用在工件的第一表面，從而達(dá)到不同的加工效果；
[0020]②可強(qiáng)化超聲空化、水射流等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的再清洗，減小加工的熱影響區(qū)、裂紋、碎肩的沉積等；
[0021]③可加快溶液的對(duì)流，迅速帶走表面的熱氣泡、碎肩等，可提高激光在溶液中的傳輸效率，提高加工質(zhì)量和效率；
[0022]④實(shí)現(xiàn)激光不同軌跡路徑下的超聲振動(dòng)方向的調(diào)整，提高加工過(guò)程的控制性，較好地改善激光液下微加工的效果，提高激光微細(xì)加工的質(zhì)量、效率以及精度。
【附圖說(shuō)明】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案作進(jìn)一步說(shuō)明:
[0024]圖1:本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，激光微加工裝置，包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)I以及位于其上的容器15，下超聲振動(dòng)臺(tái)2安裝在容器15底部，上超聲振動(dòng)臺(tái)3固定在下超聲振動(dòng)臺(tái)2上，工件4置于上超聲振動(dòng)臺(tái)3上，放置工件4的上超聲振動(dòng)臺(tái)3上方布置有激光源7和透鏡6，激光源7發(fā)出激光束8，激光束8穿過(guò)透鏡6到達(dá)工件4的表面，放置工件4的上超聲振動(dòng)臺(tái)3上側(cè)設(shè)有第一超聲喇叭5和第二超聲喇叭9，分別位于左右兩側(cè)并朝向工件4的表面，第一超聲喇叭5和第二超聲喇叭9發(fā)射超聲波至工件4的表面，外容器14通過(guò)進(jìn)液管10和出液管11與容器15相連，進(jìn)液管10端部設(shè)有噴嘴，噴嘴朝向工件4的表面，進(jìn)液管10和出液管11的管路上安裝有變流量泵13，進(jìn)液管10管路上設(shè)有過(guò)濾器12。
[0026]其中，激光器7為振鏡掃描激光器，激光源可按照計(jì)劃軌跡進(jìn)行掃描，透鏡6為傅里葉透鏡，透鏡6與工件4之間的距離可調(diào)，外容器14和容器15中裝有去離子水，超聲波頻率為20?80kHz。
[0027]具體應(yīng)用時(shí)，超聲波在容器15的液體中傳輸時(shí)產(chǎn)生空化、水射流和對(duì)流現(xiàn)象，激光器7發(fā)出激光束8，激光束8透過(guò)透鏡6繼續(xù)在容器15的液體中傳播，激光束8到達(dá)工件4表面時(shí)，第一超聲喇叭5、第二超聲喇叭9、上超聲振動(dòng)臺(tái)3和下超聲振動(dòng)臺(tái)2發(fā)出的超聲波同時(shí)到達(dá)和在一定時(shí)間范圍內(nèi)到達(dá)工件表面，當(dāng)工件4表面激光光斑移動(dòng)時(shí)，旋轉(zhuǎn)臺(tái)I帶動(dòng)容器15、下超聲振動(dòng)臺(tái)2、上超聲振動(dòng)臺(tái)3和工件4轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)下超聲振動(dòng)臺(tái)2發(fā)生的超聲波的方向與激光軌跡的夾角可調(diào)，發(fā)出的超聲波到達(dá)工件表面后，在水中產(chǎn)生空化泡，空化泡經(jīng)過(guò)一次或多次脈動(dòng)后產(chǎn)生沖擊波，在空泡內(nèi)外壓力失衡后發(fā)生潰滅，產(chǎn)生高壓水射流，沖擊波與水射流作用在工件表面后可實(shí)現(xiàn)熔渣的去除、工件表面的快速冷卻，減小熱應(yīng)力，降低裂紋的發(fā)生，超聲波在水下產(chǎn)生微小的熱對(duì)流，迅速帶走激光在工件表面輻照后產(chǎn)生的碎肩、氣泡，提高表面質(zhì)量，外容器14內(nèi)的水與容器15內(nèi)的水對(duì)流，進(jìn)液管10的頭部安裝的噴嘴發(fā)射水流至工件表面，迅速帶走懸浮的氣泡和熔渣并加速容器15中液體的對(duì)流，出液管11將容器15內(nèi)的水經(jīng)變量泵13抽到外容器14內(nèi)，保證容器15內(nèi)水位的平衡和水的快速冷卻，進(jìn)液管10上安裝有過(guò)濾器，提高工件表面射流的純凈度，從而獲得更好的加工效果。
[0028]上超聲振動(dòng)臺(tái)3發(fā)射的超聲波傳播的方向垂直于工件表面，下超聲振動(dòng)臺(tái)4發(fā)射的超聲波傳播方向水平于工件表面。進(jìn)液管10發(fā)射具有壓力的水流至加工區(qū)域及周圍區(qū)域。激光源7發(fā)出的激光的運(yùn)動(dòng)方向與下超聲振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的角度可調(diào)。超聲波形與激光脈沖波形及相位可調(diào)。
[0029]激光輻照浸沒(méi)在液體中工件表面時(shí)，利用超聲喇叭輻照工件表面，或使工件在豎直方向和水平方向產(chǎn)生超聲振動(dòng)。激光與超聲波將同時(shí)理想的作用在工件的第一表面，從而達(dá)到不同的加工效果。
[0030]綜上所述，本實(shí)用新型可強(qiáng)化超聲空化、水射流等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的再清洗，減小加工的熱影響區(qū)、裂紋、碎肩的沉積等?？杉涌烊芤旱膶?duì)流，迅速帶走表面的熱氣泡、碎肩等，可提高激光在溶液中的傳輸效率，提高加工質(zhì)量和效率。實(shí)現(xiàn)激光不同軌跡路徑下的超聲振動(dòng)方向的調(diào)整，提高加工過(guò)程的控制性。很好的改善激光液下微加工的效果，提高激光微細(xì)加工的質(zhì)量、效率以及精度。
[0031]需要理解到的是:以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.激光微加工裝置，其特征在于:包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)以及位于其上的容器，下超聲振動(dòng)臺(tái)安裝在容器底部，上超聲振動(dòng)臺(tái)固定在下超聲振動(dòng)臺(tái)上，工件置于上超聲振動(dòng)臺(tái)上，放置工件的上超聲振動(dòng)臺(tái)上方布置有激光源和透鏡，激光源發(fā)出激光束，激光束穿過(guò)透鏡到達(dá)工件的表面，放置工件的上超聲振動(dòng)臺(tái)上側(cè)設(shè)有超聲喇叭，超聲喇叭發(fā)射超聲波至工件的表面，外容器通過(guò)進(jìn)液管和出液管與容器相連，進(jìn)液管端部設(shè)有噴嘴，噴嘴朝向工件的表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光微加工裝置，其特征在于:所述進(jìn)液管和出液管的管路上安裝有變流量泵。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光微加工裝置，其特征在于:所述進(jìn)液管管路上設(shè)有過(guò)濾器。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光微加工裝置，其特征在于:所述放置工件的上超聲振動(dòng)臺(tái)上側(cè)設(shè)有第一超聲喇叭和第二超聲喇叭，分別位于左右兩側(cè)并朝向工件表面。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光微加工裝置，其特征在于:所述上超聲振動(dòng)臺(tái)發(fā)射的超聲波傳播的方向垂直于工件表面，下超聲振動(dòng)臺(tái)發(fā)射的超聲波傳播方向水平于工件表面。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光微加工裝置，其特征在于:所述進(jìn)液管發(fā)射具有壓力的液體流至加工區(qū)域及周圍區(qū)域。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光微加工裝置，其特征在于:所述激光源發(fā)出的激光的運(yùn)動(dòng)方向與下超聲振動(dòng)臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向之間的角度可調(diào)。
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及激光微加工裝置，包括旋轉(zhuǎn)臺(tái)以及位于其上的容器，下超聲振動(dòng)臺(tái)安裝在容器底部，上超聲振動(dòng)臺(tái)固定在下超聲振動(dòng)臺(tái)上，工件置于上超聲振動(dòng)臺(tái)上，上超聲振動(dòng)臺(tái)上方布置有激光源和透鏡，激光束穿過(guò)透鏡到達(dá)工件的表面，上超聲振動(dòng)臺(tái)上側(cè)設(shè)有超聲喇叭，超聲喇叭發(fā)射超聲波至工件的表面，外容器通過(guò)進(jìn)液管和出液管與容器相連，進(jìn)液管上噴嘴朝向工件的表面。激光輻照浸沒(méi)在液體中工件表面時(shí)，超聲喇叭輻照工件表面，或使工件在豎直方向和水平方向產(chǎn)生超聲振動(dòng)；激光與超聲波同時(shí)理想的作用在工件第一表面，達(dá)到不同的加工效果，可強(qiáng)化超聲空化、水射流等現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的再清洗，減小加工的熱影響區(qū)、裂紋、碎屑的沉積等。
【IPC分類】B23K26/70, B23K26/356
【公開(kāi)號(hào)】CN204657747
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520402783
【發(fā)明人】馮愛(ài)新, 薛偉, 呂豫文, 李峰平, 張津超, 陸金花, 張健, 朱德華, 曹宇, 瞿建武
【申請(qǐng)人】溫州大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月23日
【申請(qǐng)日】2015年6月11日