CN105033465A - 一种毛面透明材料的激光内雕方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，包括以下步骤：首先，在毛面透明材料的工件表面涂覆涂层，所述涂层对激光光束的透过率大于70％，且对所述工件的折射率相差不超过0.5；然后，采用激光在所述表面涂覆有涂层的工件进行扫描，其中激光光束的焦点位于所述工件的内雕面处；最后，清洗所述经激光扫描的工件，去掉表面涂层。该发明的毛面透明材料的激光内雕方法及装置，采用在毛面材料表面涂覆涂层，在不损害材质表面的同时，实现内雕图案等工艺。

Description

一种毛面透明材料的激光内雕方法及装置

技术领域

本发明涉及透明材料内雕加工技术领域，尤其涉及一种毛面透明材料的激光内雕方法及装置。

背景技术

目前可以采用激光对透明材料进行内雕，及利用激光在材料内部雕刻形成图案，同时不伤及材料表面。

对于毛坯透明材料，如蓝宝石、玻璃、水晶等，由于表面粗糙，会导致大部分光在表面发生散射，甚至破坏表面，无法进入到材料内部。因此必须对表面进行抛光后才可以进行内雕，但是有时候需要毛面材料内雕，如毛坯蓝宝石等，现有激光技术无法实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毛面透明材料的激光内雕方法及其装置，用于解决现有技术中毛面材料内雕，因毛面散射而导致无法加工的技术问题。

为达到上述目的，本发明所提出的技术方案为：

本发明的一种毛面透明材料的激光内雕方法，其包括以下步骤：

第一步，在毛面透明材料的工件表面涂覆涂层，所述涂层为光滑表面，对激光光束的透过率大于70％，且与所述工件的折射率不超过0.5；

第二步，采用激光在所述表面涂覆有涂层的工件进行扫描，其中激光光束的焦点位于所述工件的内雕面处；

第三步，清洗所述经激光扫描的工件，去掉表面涂层。

其中，所述的第一步涂覆涂层采用喷涂，旋涂，蒸镀，溅射方式。

其中，所述的涂层为水，氯化钠溶液，ITO膜或GTO膜。

其中，所述的涂层为与所述工件材质相同或对激光光束透过率大于70％且与工件折射率相差不超过0.5的材质制成的透明氧化物溶胶凝胶或纳米溶液。

其中，所述透明氧化物溶胶凝胶或纳米溶液涂覆在透明材料毛面后，还包括经低温：50～150℃，加热除去溶剂形成干膜，或在高温：＞400℃，下形成氧化物薄膜的步骤。

其中，所述的所述第三步清洗涂层的清洗液为水，酒精或超声波清洗。

其中，该方法用于加工蓝宝石、玻璃、水晶。

一种采用上述的毛面透明材料的激光内雕方法的装置，其包括：

控制系统，受控于所述控制系统的激光器、振镜及聚焦系统、喷涂装置和加工平台，其中，沿激光光束出射方向，依次排布扩束装置，所述振镜及聚焦系统，依次对所述激光光束进行扩束，振动及调焦，最后使所述激光光束作用于放置在所述加工平台上的工件。

其中，所述的振镜及聚焦系统的振镜为3D振镜。

其中，所述的喷涂装置包括涂料容器以及连接于所述涂料容器的压力喷涂装置，所述压力喷涂装置受控于所述控制系统，对工件表面进行喷涂。

与现有技术相比，该发明的毛面透明材料的激光内雕方法及装置，采用在毛面材料表面涂覆涂层，在不损害材质表面的同时，实现内雕图案等工艺。

附图说明

图1为本发明一种毛面透明材料的激光内雕方法的流程图。

图2为本发明一种毛面透明材料的激光内雕装置的模块框图。

图3为本发明一种毛面透明材料的激光内雕装置的加工蓝宝石的状态示意图。

具体实施方式

以下参考附图，对本发明予以进一步地详尽阐述。

请参阅附图1，该种毛面透明材料的激光内雕方法，其包括以下步骤：

第一步S1，在毛面透明材料的工件表面涂覆涂层，所述涂层为光滑表面，以减少对激光光束的漫反射，且对激光光束的透过率大于70％，且与所述工件的折射率相差不超过0.5；其中，涂层与透明材料的毛面完全接触，并且，涂层材料与工件的折射率相当，尽量减少激光二次折射对材料加工的影响。更具体的，所述的涂层为与透明材料相同或相似的透明氧化物溶胶凝胶或纳米溶液，此处所述的相同是指涂层材料和工件本身材料相同，相似是指，涂层材料对激光光束的透过率大于70％，并且折射率与工件的折射率相差不超过0.5。如水，氯化钠溶液，ITO膜或GTO膜。其中，涂覆涂层采用喷涂，旋涂，蒸镀，溅射方式。其中，所述的透明氧化物溶胶凝胶或纳米溶液涂覆在透明材料毛面后，还需要经过低温(50～150℃)加热除去溶剂形成干膜，或在高温(＞400℃)下形成氧化物薄膜。

第二步S2，采用激光在所述表面涂覆有涂层的工件进行扫描，其中激光光束的焦点位于所述工件的内雕面处，实现内雕。其中，激光内雕花纹的工艺，通过控制系统控制扩束装置，振镜及聚焦系统，以及加工平台，使激光光束按照设定的图案进行扫描。

第三步S3，清洗所述经激光扫描的工件，去掉表面涂层。该清洗涂层的清洗液为水，酒精或超声波清洗。

更具体的，该方法用于加工蓝宝石、玻璃、水晶等透明材质的内雕。

请参阅附图2，在该实施例中还公开了一种采用上述的毛面透明材料的激光内雕方法的装置，其包括：

控制系统1，受控于所述控制系统1的激光器2、振镜及聚焦系统4、喷涂装置6和加工平台5，其中，沿激光光束出射方向，依次排布扩束装置3，所述振镜及聚焦系统4，依次对所述激光光束进行扩束，振动及调焦，最后使所述激光光束作用于放置在所述加工平台5上的工件10。进一步的，所述控制系统1为计算机控制系统或PLC控制系统。

更具体的，所述的振镜及聚焦系统4的振镜为3D振镜。所述的喷涂装置6包括涂料容器以及连接于所述涂料容器的压力喷涂装置，所述压力喷涂装置受控于所述控制系统1，对工件10表面进行喷涂。在附图2中，振镜及聚焦系统4与扩束装置3之间为了改变设备的体积，还设有一改变光束路线的反射镜31。

请参阅附图2和附图3，现在结合该毛面透明材料的激光内雕装置的工作过程，首先，将待加工的工件固定于加工平台5上，然后开启控制系统1工作，首先，控制喷涂装置6向工件10毛面表面部分喷涂涂层，如图3中11步骤中，在工件表面的毛面110上涂覆涂层。形成涂层如21状态中的涂层210。该涂层210与毛面110完全接触，形成一层很薄的表面光滑的涂层210。然后，将工件10移动至激光扫描头处，即激光光束最后从振镜及聚焦系统出射之后直接作用于工件10上，进入状态31中，进行内雕加工。最后，清洗涂层状态41，在工件内形成如410的内雕花纹，也可以是其他花纹。

另一种实施案例是在涂覆涂层时候按照所需内雕花纹图案在毛面透明材料表面进行涂覆，即保证激光入射的表面部分有涂层涂覆即可，其他与上述实施案例相同。

上述内容，仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的实施方案，本领域普通技术人员根据本发明的主要构思和精神，可以十分方便地进行相应的变通或修改，故本发明的保护范围应以权利要求书所要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步，在毛面透明材料的工件表面涂覆涂层，所述涂层表面光滑，对激光光束的透过率大于70％，且与所述工件的折射率相差不超过0.5；

第二步，采用激光在所述表面涂覆有涂层的工件进行扫描，其中激光光束的焦点位于所述工件的内雕面处；

第三步，清洗所述经激光扫描的工件，去掉表面涂层。

2.如权利要求1所述的毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，所述的第一步涂覆涂层采用喷涂，旋涂，蒸镀，溅射方式。

3.如权利要求1所述的毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，所述的涂层为水，氯化钠溶液，ITO膜或GTO膜。

4.如权利要求1所述的毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，所述的涂层为与所述工件材质相同或对激光光束透过率大于70％且与工件折射率相差不超过0.5的材质制成的透明氧化物溶胶凝胶或纳米溶液。

5.如如权利要求4所述的毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，所述透明氧化物溶胶凝胶或纳米溶液涂覆在透明材料毛面后，还包括经低温：50～150℃，加热除去溶剂形成干膜，或在高温：＞400℃，下形成氧化物薄膜的步骤。

6.如权利要求1所述的毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，所述的第三步清洗涂层的清洗液为水，酒精；或超声波清洗。

7.如权利要求1所述的毛面透明材料的激光内雕方法，其特征在于，该方法用于加工蓝宝石、玻璃、水晶。

8.一种采用如权利要求1至7任意一项所述的毛面透明材料的激光内雕方法的装置，其特征在于，包括：

控制系统，受控于所述控制系统的激光器、振镜及聚焦系统、喷涂装置和加工平台，其中，沿激光光束出射方向，依次排布扩束装置，所述振镜及聚焦系统，依次对所述激光光束进行扩束，振动及调焦，最后使所述激光光束作用于放置在所述加工平台上的工件。

9.如权利要求8所述的毛面透明材料的激光内雕装置，其特征在于，所述的振镜及聚焦系统的振镜为3D振镜。

10.如权利要求8所述的毛面透明材料的激光内雕装置，其特征在于，所述的喷涂装置包括涂料容器以及连接于所述涂料容器的压力喷涂装置，所述压力喷涂装置受控于所述控制系统，对工件表面进行喷涂。