CN104821477B - 一种打印激光晶体冷却热沉的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种打印激光晶体冷却热沉的装置及方法，包括工作台、激光晶体、夹具、支撑块、激光器和送粉器；所述夹具为柱体，包括顶靠于激光晶体两端的第一夹具和第二夹具；所述支撑块与工作台固定连接，包括第一支撑块和第二支撑块，所述第一支撑块顶靠于所述第一夹具，所述第二支撑块顶靠于所述第二夹具；本发明的装置和方法结合3D打印技术，在激光晶体表面打印多层冷却热沉，实现激光晶体和冷却热沉紧密贴合，明显提高冷却热沉的散热效果。

Description

一种打印激光晶体冷却热沉的装置及方法

技术领域

本发明涉及激光器的冷却热沉加工技术领域，具体而言，涉及一种打印激光晶体冷却热沉的装置及方法。

背景技术

随着高功率半导体激光器的出现，对激光晶体进行端面泵浦已经成为非常成熟的技术。在高功率端面泵浦棒状激光晶体或片状激光晶体时，由于高功率泵浦光的作用，激光晶体中存在大量的剩余热量，从而需要对其进行散热。对于棒状激光晶体，棒的冷却表面一般采用热传导的方式进行散热。

在现有高功率端面泵浦棒状激光器或者棒状激光放大器系统中，一般采用机械方式固定激光晶体圆柱棒，其将晶体固定在温控的铜散热器上。铜散热器中间为圆筒结构，其尺寸略大于激光晶体棒的直径。铜散热器从中间分成两半，也就是两个半圆筒。在装夹激光晶体时，在圆筒表面贴上一层薄的铟片，然后再把激光晶体夹在两半圆筒中间，最后将两半圆筒固定，同时带有一定的应力以保证铟片在铜散热器和激光晶体之间很好的填充。

但是，在现有的棒状激光晶体冷却热沉制备和装夹过程中，对铜散热器中间圆筒和激光晶体圆柱表面的加工公差要求非常高，才能有一个很好的匹配，从而导致了加工复杂且加工成本高；同时该现有方法通过在半圆筒和激光晶体之间夹持铟片来保证良好的接触，因而当铟片材料不均匀或者夹持应力不均衡时会导致接触不好而有空隙的存在，从而会使得整个的散热冷却效果差。同样的问题对于片状激光晶体也存在。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种打印激光晶体冷却热沉的装置及方法，本发明的装置和方法结合3D打印技术，在激光晶体表面打印多层冷却热沉，实现激光晶体和冷却热沉紧密贴合，明显提高冷却热沉的散热效果。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种打印激光晶体冷却热沉的装置，包括工作台、激光晶体、夹具、支撑块、激光器和送粉器；

所述夹具为柱体，包括顶靠于激光晶体两端的第一夹具和第二夹具；

所述支撑块与工作台固定连接，包括第一支撑块和第二支撑块，所述第一支撑块顶靠于所述第一夹具，所述第二支撑块顶靠于所述第二夹具。

进一步，所述夹具的与激光晶体顶靠的面将激光晶体的端面全部覆盖。

进一步，所述装置还包括控制模块，所述送粉器和激光器均与所述控制模块连接。

进一步，所述第一支撑块为第一电机，第一电机的轴与所述第一夹具固定连接，所述第一电机与所述控制模块连接。

进一步，所述装置还包括第二电机，固定连接于所述工作台上，所述第二电机的轴与所述激光器固定连接，所述第二电机与所述控制模块连接。

进一步，所述第二支撑块设有连杆，所述连杆顶靠于所述第二夹具。

进一步，所述激光晶体为圆柱状。

另，本发明还提供一种利用如上所述的装置打印激光晶体冷却热沉的方法，包括以下步骤：

(1)利用夹具和支撑块将激光晶体固定；

(2)激光器输出的激光光束会聚至激光晶体表面，在表面形成熔池，同时送粉器将冷却热沉的原材料送至熔池中，冷却热沉的原材料熔化后附着在激光晶体表面；

(3)控制模块控制第一电机和第二电机，使第一电机带动激光晶体旋转运动，打印出冷却热沉条，第二电机带动激光器沿激光晶体长度方向运动，最终打印出一层冷却热沉；

(4)将激光器或激光晶体后退上一层冷却热沉的距离，再次实施步骤(2)和(3)；

(5)重复实施步骤(4)，直至得到所需厚度的冷却热沉。

进一步，所述步骤(1)之前还包括对激光晶体侧面进行毛化处理的步骤。

进一步，所述冷却热沉条相互搭接。

本发明的有益效果如下：

1、本发明借鉴3D打印技术，在激光晶体表面直接打印冷却热沉，实现激光晶体表面和冷却热沉表面的紧密贴合，有效提高冷却热沉的散热效果，同时也省略了铟片和用于装夹冷却热沉的装置；

2、本发明采用多道搭接、逐层叠加的方式打印冷却热沉，可得到任意厚度的冷却热沉；

3、顶靠于激光晶体两端的夹具不仅可以夹持激光晶体，起到固定的作用，还对激光晶体的两端面进行保护，避免激光晶体两端面受到污染；

4、采用第一电机带动激光晶体旋转运动，第二电机带动激光器沿激光晶体长度方向运动，进行螺旋形打印，实现在激光晶体表面均匀的打印层状的冷却热沉，确保冷却热沉的厚度一致；

5、对激光晶体表面进行毛化处理，增大激光晶体与冷却热沉的接触面积，优化散热效果。

附图说明

图1为本发明打印激光晶体冷却热沉的装置整体结构示意图；

图2为本发明打印后激光晶体和冷却热沉结构示意图。

图中：1—激光晶体，11—冷却热沉，2—夹具，3—第一电机，31—第一电机轴，4—第二支撑块，41—连杆，5—激光器，51—激光光束，6—送粉器，61—送粉头，7—控制模块，8—工作台。

具体实施方式

为了使本领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述，基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它类同实施例，都应当属于本申请保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种打印激光晶体冷却热沉的装置，包括工作台8、激光晶体1、第一夹具21、第二夹具22、第二支撑块4、第一电机3、第二电机9、激光器5、送粉器6和控制模块7。第二支撑块4、第一电机3、第二电机9和激光器5均固定连接于工作台8表面，激光晶体1为圆柱状，第一夹具21和第二夹具22为圆柱体，分别顶靠在激光晶体1的两端面，第一夹具21的顶靠面面积大于与其顶靠的激光晶体1端面面积，第二夹具22的顶靠面面积大于与其顶靠的激光晶体1端面面积，所述夹具的与激光晶体顶靠的2个面将激光晶体的2个端面全部覆盖。顶靠于激光晶体1两端的夹具不仅可以夹持激光晶体1，起到固定的作用，还对激光晶体1的两端面进行保护，避免激光晶体1两端面受到污染。第二支撑块4设有连杆41，连杆41的一端顶靠在第二夹具22上，第一电机轴31与第一夹具21固定连接，通过夹具、第一电机3和第二支撑块4对激光晶体1固定并夹持，使第一电机3带动激光晶体1旋转。第二电机9的轴与激光器5固定连接，使激光器5沿激光晶体1的轴线方向运动。第一电机3、第二电机9、激光器5和送粉器6均与控制模块7连接，通过控制模块7中的程序控制第一电机3的转速、第二电机9的转速、激光器5的开闭和送粉器6的开闭。所述送粉器6中装有铜粉。所述激光晶体1表面经过毛化处理为粗糙表面。

如图2所示，打印完成后，即可在激光晶体1外表面紧密贴合冷却热沉11。

另，本发明还提供一种利用如上所述的装置打印激光晶体冷却热沉的方法，包括以下步骤：

(1)将圆柱状的激光晶体1需要打印冷却热沉11的侧面进行毛化处理，以增加激光晶体1侧面的粗糙度，增大散热面积，再将激光晶体1的两个端面用夹具夹持，通过第二支撑块4和第一电机3将激光晶体1固定；

(2)激光器5输出的激光光束51会聚至激光晶体1表面，在表面形成1100℃以上的熔池，该温度不足以造成激光晶体1的损坏，同时送粉器6的送粉头61将铜粉送至熔池中，铜粉熔化后附着在激光晶体1表面，在激光光束移动后，熔化的铜粉凝固并紧贴激光晶体1表面；

(3)控制模块7控制第一电机3和第二电机9，使第一电机3带动激光晶体1匀速旋转运动，打印出冷却热沉条，同时，第二电机9带动激光器5沿激光晶体1轴线方向匀速运动，使激光光束51在激光晶体1表面螺旋前进，冷却热沉条相互搭接，最终打印出一层厚度均匀的冷却热沉11；

(4)将激光器5和第二电机9后退上一层冷却热沉11的距离，再次实施步骤(2)和(3)；

(5)重复实施步骤(4)，完成冷却热沉的逐层叠加，直至得到所需厚度的冷却热沉11。本发明借鉴3D打印技术，在激光晶体1表面直接打印冷却热沉11，实现激光晶体1表面和冷却热沉11表面的紧密贴合，有效提高冷却热沉的散热效果，同时也省略了铟片和用于装夹冷却热沉11的装置。本发明采用多道搭接、逐层叠加的方式打印冷却热沉11，可得到任意厚度的冷却热沉11。

实施例二：

在对片状激光晶体1表面打印冷却热沉时，与实施例(1)相同的部分不再赘述，不同的是：不需要第一电机3，激光器5一侧固定连接有第三电机，第三电机与控制模块7连接，通过第三电机带动激光器5在垂直于工作台8的平面运动，片状的激光晶体1垂直于工作台8放置，需要打印冷却热沉11的表面正对激光器5。激光光束51在激光晶体1表面形成“回”字路径。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种打印激光晶体冷却热沉的方法，其特征在于，所述方法利用打印激光晶体冷却热沉的装置在激光晶体表面直接打印冷却热沉，所述装置包括工作台、激光晶体、夹具、支撑块、激光器和送粉器；

所述夹具为柱体，包括顶靠于激光晶体两端的第一夹具和第二夹具，所述夹具的与激光晶体顶靠的面将激光晶体的端面全部覆盖；

所述支撑块与工作台固定连接，包括第一支撑块和第二支撑块，所述第一支撑块顶靠于所述第一夹具，所述第二支撑块顶靠于所述第二夹具；

所述装置还包括控制模块，所述送粉器和激光器均与所述控制模块连接，所述第一支撑块为第一电机，第一电机的轴与所述第一夹具固定连接，所述第一电机与所述控制模块连接；

所述装置还包括第二电机，固定连接于所述工作台上，所述第二电机的轴与所述激光器固定连接，所述第二电机与所述控制模块连接；

所述方法包括以下步骤：

(1)将圆柱状的激光晶体需要打印冷却热沉的侧面进行毛化处理，以增加激光晶体侧面的粗糙度，增大散热面积，再将激光晶体的两个端面用夹具夹持，通过第二支撑块和第一电机将激光晶体固定；

(2)激光器输出的激光光束会聚至激光晶体表面，在表面形成1100℃以上的熔池，该温度不足以造成激光晶体的损坏，同时送粉器的送粉头将铜粉送至熔池中，铜粉熔化后附着在激光晶体表面，在激光光束移动后，熔化的铜粉凝固并紧贴激光晶体表面；

(3)控制模块控制第一电机和第二电机，使第一电机带动激光晶体匀速旋转运动，打印出冷却热沉条，同时，第二电机带动激光器沿激光晶体轴线方向匀速运动，使激光光束在激光晶体表面螺旋前进，冷却热沉条相互搭接，最终打印出一层厚度均匀的冷却热沉；

(4)将激光器和第二电机后退上一层冷却热沉的距离，再次实施步骤(2)和(3)；

(5)重复实施步骤(4)，完成冷却热沉的逐层叠加，直至得到所需厚度的冷却热沉。

2.根据权利要求1所述的打印激光晶体冷却热沉的方法，其特征在于，所述第二支撑块设有连杆，所述连杆顶靠于所述第二夹具。

3.根据权利要求1-2任一所述的打印激光晶体冷却热沉的方法，其特征在于，所述激光晶体为圆柱状。

4.根据权利要求3所述的打印激光晶体冷却热沉的方法，其特征在于，所述冷却热沉条相互搭接。