CN107984093A - 一种微浮雕制作方法和制作装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微浮雕制作方法和制作装置，其中制作方法包括：步骤1，将工件放置在预设的平台；步骤2，将激光器对准所述工件的表面；步骤3，开启所述激光器对所述工件的表面预定位置进行照射，通过采用激光光束照射工件的表面，产生瞬间高温，工件的表面局部受热，从固态变为液态，在激光束离开之后，在常温下迅速冷却，使得工件的该位置处的体积产生净增加，从而形成微浮雕。该方法能够快速、简单的产生各种微米级高度的表面微浮雕，具有精度高，流程少，操作简单，造价低，对操作人员无毒等优点，并能够实现不同高度的复杂微浮雕组合的一次成型。
Description
技术领域
本发明涉及微浮雕制作技术领域，特别是涉及一种微浮雕制作方法和制作装置。
背景技术
浮雕是雕刻的一种，雕刻者在一块平板上将他要塑造的形象雕刻出来，使它脱离原来材料的平面。浮雕是雕塑与绘画结合的产物，用压缩的办法来处理对象，靠透视等因素来表现三维空间，并只供一面或两面观看。浮雕一般是附属在另一平面上的，因此在建筑上使用更多，用具器物上也经常可以看到。由于其压缩的特性，所占空间较小，所以适用于多种环境的装饰。而微浮雕就是将一般的浮雕进行小尺寸设计，如公司logo等，通过微浮雕设计能够突出企业的形象、形成独树一帜的风格。
现有技术通常采用光刻法加工表面微浮雕，该方法主要包括基底材料表面清洗、旋涂光刻胶、曝光、显影、刻蚀等工序，其中刻蚀工艺可分为干法刻蚀和湿法刻蚀。
等离子刻蚀法是典型的干法刻蚀方法。等离子体的自由基与材料表面相接触，使材料表面脱落，从而形成微浮雕图。
传统的湿法腐蚀是利用氢氟酸溶液腐蚀玻璃。首先将氢氟酸缓缓地滴在雕刻外的地方，氢氟酸与玻璃基底产生反应，产生四氟化硅气体。通过控制氢氟酸的浓度，温度等因素，可以改变化学反应的速率。最终，玻璃没有被腐蚀的区域会比被腐蚀的区域高，从而形成微浮雕图。
由于光刻法所需设备较为昂贵、加工工艺较为复杂、需要在超净间由专业人员进行操作，加工过程具有一定的毒性，且每次只能加工出一个单一的浮雕高度，难以实现微浮雕高度的多样化。
发明内容
本发明提出了一种微浮雕制作方法和制作装置，简单、快速地产生具有多种高度的表面微浮雕。
为解决上述技术问题，本发明实施例提出了一种微浮雕制作方法，包括：
步骤1，将工件放置在预设的平台；
步骤2，将激光器对准所述工件的表面；
步骤3，开启所述激光器对所述工件的表面预定位置进行照射，在常温下迅速冷却后成为微型凸起形貌，形成微浮雕。
其中，所述激光器为二氧化碳红外激光器或半导体激光器。
其中，所述激光器为阵列激光器。
其中，所述步骤2，还包括：
在所述激光器与所述平台之间设置聚光镜，使得所述激光器发射的激光聚焦到所述工件表面。
其中，在所述步骤3之后，还包括：
检测所述凸起形貌的高度，判断是否达到阈值；
若否，重复所述步骤3。
其中，所述步骤3还包括：
通过控制器控制所述激光器的工作参数以及运动轨迹，控制所述激光器对所述工件的表面预定位置进行照射，产生微型凸起形貌，形成微浮雕。
本发明实施例还提出了一种微浮雕制作装置，包括：
平台，用于放置以及固定需要加工的工件；
激光器，与所述平台连接，设置在所述平台的正上方或正下方，用于对所述工件的表面的预定区域进行照射加热，使其在常温下迅速冷却后成为凸起形貌，从而形成微浮雕。
其中，还包括与所述激光器控制器，用于控制所述激光器的工作状态以及运动轨迹。
其中，所述激光器为二氧化碳激光器或半导体激光器。
其中，还包括设置在激光器与所述平台之间的聚光镜，用于将所述激光器发射的激光聚焦在所述工件表面。
本发明实施例所提出的微浮雕制作方法和制作装置，与现有技术相比，具有以下优点：
该方法和装置能够快速、简单的产生各种高度以及高精度的表面微浮雕，流程少，操作简单，造价低，对操作人员无毒，能够实现复杂微浮雕组合的一次成型。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对实施案例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施案例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施案例提出的微浮雕制作方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图；
图2为本发明实施案例提出的微浮雕制作装置的一种具体实施方式的连接示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施案例中的附图，对本发明实施案例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施案例仅仅是本发明一部分实施案例，而不是全部的实施案例。基于本发明中的实施案例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施案例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1～图2，图1为本发明实施案例提出的微浮雕制作方法的一种具体实施方式的步骤流程示意图；图2为本发明实施案例提出的微浮雕制作装置的一种具体实施方式的连接示意图。
在一种具体实施方式中，所述微浮雕制作方法，包括：
步骤1，将工件放置在预设的平台；
步骤2，将激光器对准所述工件的表面；
步骤3，开启所述激光器对所述工件的表面预定位置进行照射，在常温下迅速冷却后成为微型凸起形貌，形成微浮雕。
通过采用激光光束照射工件的表面，产生瞬间高温，使得工件的表面局部受热，从固态变为液态，在激光束离开之后在常温下迅速冷却使得工件的该位置处的体积产生净增加，形成微型凸起形貌，从而达到微型雕刻的目的，该方法和装置能够快速、简单的产生各种高度以及高精度的表面微浮雕，流程少，操作简单，造价低，对操作人员无毒，能够实现复杂微浮雕组合的一次成型。
而对于照射用的激光器的类型，本发明不做具体限定，所述激光器可以为二氧化碳红外激光器，也可以为半导体激光器，或者是其它类型的激光器。
而对于半导体激光器，也可以采用边发射激光器，也可以采用垂直腔发射激光器，本发明对于激光器的具体类型、功率参数以及波长、发散角等不做限定，一般选择功率密度大、发散角小、体积小的激光器。
而为了进一步提高工艺效率，如同时对多个工件进行加工，或者同时对一个工件制作不同形状的微浮雕，所述激光器为阵列激光器。
而为了进一步提高微浮雕的制作精确度以及制作效率，在本发明的一个实施案例中，所述步骤2，还包括：
在所述激光器与所述平台之间设置聚光镜，使得所述激光器发射的激光聚焦到所述工件表面。
需要指出的是，在本发明中，一般激光器发射的激光由于发散角很小，很少使用聚光镜，但是如果使用阵列型激光器，而且每个激光器发射单元的发光功率很小，如使用阵列式的垂直腔发射激光器，单个器件的功率较小，可以通过聚光镜提高光功率密度，提高单位时间照射到工件的光功率密度，提高微浮雕的制作效率。
而在微浮雕的制作过程中，有时可能不能够一次性获得预期的微浮雕，如微浮雕的微型凸起形貌的高度要求是500微米，但是一次性照射之后获得的微型凸起形貌的高度为450微米，这就需要二次制作，即在所述步骤3之后，还包括：
检测所述凸起形貌的高度，判断是否达到阈值；
若否，重复所述步骤3。
需要指出的是，本发明中的对于激光器的控制，其中的微型凸起形貌的产生可以是由一个预定的阵列的激光器通过预定的时间的照射形成，也可以是通过移动激光器获得，不管是哪种方式都需要控制激光器单元或激光器本体的位置，可以是采用手工操作，但是手工操作的效率一般都很低，而且精度很低，因此一般采用微控制器控制，为了进一步提高微浮雕的制作效率和精度，在本发明的一个实施案例中，所述步骤3还包括：
通过所述激光器的控制器调整工作参数以及运动轨迹，控制所述激光器对所述工件的表面预定位置进行照射，产生微型凸起形貌，形成微浮雕。
通过控制器控制所述激光器的工作参数以及运动轨迹，而控制器中的这些参数由操作人员预先设定，能够大幅度提高微浮雕的制作效率和制造精确度。
除此之外，本发明实施案例还提出了一种微浮雕制作装置，包括：
平台10，用于放置以及固定需要加工的工件；
激光器20，与所述平台10连接，设置在所述平台10的正上方或正下方，用于对所述工件的表面的预定区域进行照射加热，使其在常温下迅速冷却后成为凸起形貌，从而形成微浮雕。
微浮雕制作装置通过采用激光器20发射激光光束照射工件的表面，产生瞬间高温，使得工件的表面局部受热，从固态变为液态，在激光束离开之后，在常温下迅速冷却使得工件的该位置处的体积产生净增加，形成微型凸起形貌，从而达到微型雕刻的目的，该方法和装置能够快速、简单的产生各种高度以及高精度的表面微浮雕，流程少，操作简单，造价低，对操作人员无毒，能够实现复杂微浮雕组合的一次成型
而在微浮雕的制作过程中，可以是激光器20阵列与工件之间相对位置固定，但是只能够加工简单形状的微浮雕，对于一些曲线或折线的微浮雕无法加工，因此需要进行工件为激光器20的移动。一般是采用移动激光器20的方法，这是因为可以同时移动多个激光发射器单元，同时形成多个凸起形貌。其中移动激光器20的位置可以是人工移动也可以是机械移动，而由于人工移动的精度低，对于高质量的微浮雕来说，人工操作的效率低下，因此一般采用机械移动，因此在本发明的一个实施案例中，所述微浮雕制作装置还包括与所述激光器20的控制器，用于控制所述激光器20的工作状态以及运动轨迹。
对于本发明中所使用的激光器20的类型以及发光功率、工作状态，本发明不做限定，所述激光器20可以为二氧化碳激光器20，也可以为半导体激光器20，而对于半导体激光器20，可以为边发射半导体激光器20，也可以为垂直腔发射激光器20。
为了进一步提高微浮雕的制作效率，在本发明的一个实施案例中，所述微浮雕制作装置还包括设置在激光器20与所述平台10之间的聚光镜，用于将所述激光器20发射的激光聚焦在所述工件表面。
通过聚光镜将将激光器20发射的激光聚焦到工件表面，提高了激光功率密度，提高了微浮雕的制作效率。
需要指出的是，本发明中的微浮雕制作过程，与采用现有的光刻技术进行微浮雕制作的方法还是有本质的区别，本发明中是通过激光器20将需要制作微浮雕的区域进行激光照射，形成凸起形貌，而后者是采用刻蚀的方式，只能将需要制作微浮雕以外的区域进行刻蚀，被刻蚀的区域是深槽，保留下来的部分会比被刻蚀的部分高，即形成凸起形貌。现有的光刻技术需要通过加工深槽产生凸起形貌，而本发明不需要加工深槽。
而本发明中对于所加工的工件的材质的类型不做限定，可以是玻璃，也可以是有机玻璃，如PMMA、PDMS，聚苯乙烯等。
综上所述，本发明实施案例提出了微浮雕制作方法和制作装置，通过采用激光光束照射工件的表面，产生瞬间高温，使得工件的表面局部受热，从固态变为液态，在激光束离开之后在常温下迅速冷却使得工件的该位置处的体积产生净增加，形成微型凸起形貌，从而达到微型雕刻的目的，该方法和装置能够快速、简单的产生各种高度以及高精度的表面微浮雕，流程少，操作简单，造价低，对操作人员无毒，能够实现复杂微浮雕组合的一次成型。
以上对本发明所提出的微浮雕制作方法和制作装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施案例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种微浮雕制作方法，其特征在于，包括：
步骤1，将工件放置在预设的平台；
步骤2，将激光器对准所述工件的表面；
步骤3，开启所述激光器对所述工件的表面预定位置进行照射，在常温下迅速冷却后成为微型凸起形貌，形成微浮雕。
2.如权利要求1所述微浮雕制作方法，其特征在于，所述激光器为二氧化碳红外激光器或半导体激光器。
3.如权利要求2所述微浮雕制作方法，其特征在于，所述激光器为阵列激光器。
4.如权利要求1所述微浮雕制作方法，其特征在于，所述步骤2，还包括：
在所述激光器与所述平台之间设置聚光镜，使得所述激光器发射的激光聚焦到所述工件表面。
5.如权利要求1所述微浮雕制作方法，其特征在于，在所述步骤3之后，还包括：
检测所述凸起形貌的高度，判断是否达到阈值；
若否，重复所述步骤3。
6.如权利要求1所述微浮雕制作方法，其特征在于，所述步骤3还包括：
通过所述激光器的控制器控制激光器的工作参数以及运动轨迹，控制所述激光器对所述工件的表面预定位置进行照射，产生微型凸起形貌，形成微浮雕。
7.一种微浮雕制作装置，其特征在于，包括：
平台，用于放置以及固定需要加工的工件；
激光器，与所述平台连接，设置在所述平台的正上方或正下方，用于对所述工件的表面的预定区域进行照射加热，使其在常温下迅速冷却后成为凸起形貌，从而形成微浮雕。
8.如权利要求7所述微浮雕制作装置，其特征在于，所述激光器的控制器，用于控制所述激光器的工作状态以及运动轨迹。
9.如权利要求8所述微浮雕制作装置，其特征在于，所述激光器为二氧化碳激光器或半导体激光器。
10.如权利要求9所述微浮雕制作装置，其特征在于，还包括设置在激光器与所述平台之间的聚光镜，用于将所述激光器发射的激光聚焦在所述工件表面。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180504 |