CN108406129A - 一种硬脆材料的激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硬脆材料的激光加工方法，包括以下步骤：(1) 提供一脉冲宽度可调谐的激光光源，调整激光焦点使之聚焦在待加工材料的第一表面；(2) 调整激光脉冲宽度在0.02～2ns之间，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工表层材料，在第一表面划开切割道，切割道的深度D1≤0.2mm；(3) 调节脉冲宽度在4～10ns之间，获得长脉冲激光，采用长脉冲激光沿切割道继续加工，直至加工到距离第二表面的厚度D3≤0.2mm；(4) 调节激光脉冲宽度，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工剩余厚度D3，完成激光加工。本发明加工形成的崩边少，加工时间短，优化了整体加工效率。

Description

一种硬脆材料的激光加工方法
技术领域
本发明涉及一种激光加工方法，具体涉及一种对硬脆材料进行激光加工的方法。
背景技术
玻璃、石英、蓝宝石等硬脆材料广泛应用于建筑、光学、电子等领域，是日常生活中极为普遍的材料，此类硬脆材料的加工切割是材料应用中必不可少的环节。
激光加工，作为一种绿色环保的加工技术，是硬脆材料加工中的一个重要技术。激光加工硬脆材料是通过激光聚焦能量于焦点，使焦点区域内及附近的材料发生局部爆破，爆破区域随激光点移动而叠加，最终完成材料加工。激光加工质量以及效率始终是激光加工硬脆材料技术中重要的评估因素，边部毛刺、崩边等缺陷不仅影响工件美观，更可能导致工件强度明显下降，增加工件使用过程中的安全隐患。
为优化加工质量，减小崩边、改善毛刺等现象，激光加工工艺的优化大多通过增加吹气装置、减小激光能量、降低加工速度等方法实现，但这些方法在改善切割质量的同时，往往牺牲加工效率，或者增加了工序及能耗。
因此，需要对激光加工方法进行改进，以适应硬脆材料的加工，减少材料的崩边现象。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种硬脆材料的激光加工方法，在不降低加工效率、不增加工序及能耗的情况下，减小硬脆材料的崩边。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种硬脆材料的激光加工方法，包括以下步骤：
(1) 提供一脉冲宽度可调谐的激光光源，调整激光焦点使之聚焦在待加工材料的第一表面；
(2) 调整激光脉冲宽度在0.02～2ns之间，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工表层材料，在第一表面划开切割道，切割道的深度D1≤0.2mm；
(3) 调节脉冲宽度在4～10ns之间，获得长脉冲激光，采用长脉冲激光沿切割道继续加工，直至加工到距离第二表面的厚度D3≤0.2mm；
(4) 调节激光脉冲宽度，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工剩余厚度D3，完成激光加工。
上述技术方案中，首先利用短脉冲激光进行表面加工，使爆破点小，不易产生崩边，在划开切割道后，再采用较长脉冲的激光，作用在单位面积点上的时间长，热累积多，加工爆破点体积大，能够实现快速加工，最后采用短脉冲加工另一个表面，由此保证了加工质量。
上述技术方案中，可以采用由上向下的激光加工方法，所述第一表面为待加工材料的上表面，所述第二表面为待加工材料的下表面。
也可以采用由下向上的激光加工方法，所述第一表面为待加工材料的下表面，所述第二表面为待加工材料的上表面。
优选的技术方案，所述短脉冲激光的脉冲宽度在0.05～1.5ns之间。
所述长脉冲激光的脉冲宽度在4～7ns之间。
优选的，0.05mm≤D1≤0.2mm；0.05mm≤D3≤0.2mm。更优选的， 0.05mm≤D1≤0.1mm；0.05mm≤D3≤0.1mm。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明采用了脉宽可调的方法，在加工硬脆材料的上下表面部位时，采用短/超短脉冲激光以获得足够小的崩边，而在加工透明硬脆材料的中间部位时，则采用长脉冲激光，从而缩短了加工时间，优化了整体加工效率。
本发明克服了传统工艺中设定脉宽的僵化思维，获得了显著的技术效果，具备创造性。
附图说明
图1是实施例中的加工过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例一：参见图1所示，一种硬脆材料的激光加工方法，包括以下步骤：
(1) 将待加工材料放置在工作台上，工作台水平度要高，高度差小于20um；提供一脉冲宽度可调谐的激光光源，调整激光焦点使之聚焦在待加工材料的上表面；
(2) 调整激光脉冲宽度在1.5ns，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工表层材料，在第一表面划开切割道，切割道的深度D1控制在0.1mm；
(3) 调节脉冲宽度在7ns，获得长脉冲激光，采用长脉冲激光沿切割道继续加工，加工深度D2，直至加工到距离第二表面的厚度D3控制在0.1mm；
(4) 调节激光脉冲宽度，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工剩余厚度D3，完成激光加工。
实施例二：参见图1所示，一种硬脆材料的激光加工方法，包括以下步骤：
(1) 将待加工材料放置在工作台上，工作台水平度要高，高度差小于20um；提供一脉冲宽度可调谐的激光光源，调整激光焦点使之聚焦在待加工材料的上表面；
(2) 调整激光脉冲宽度在1ns，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工表层材料，在第一表面划开切割道，切割道的深度D1控制在0.08mm；
(3) 调节脉冲宽度在6ns，获得长脉冲激光，采用长脉冲激光沿切割道继续加工，加工深度D2，直至加工到距离第二表面的厚度D3控制在0.05mm；
(4) 调节激光脉冲宽度，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工剩余厚度D3，完成激光加工。
实施例三：参见图1所示，一种硬脆材料的激光加工方法，包括以下步骤：
(1) 将待加工材料放置在工作台上，工作台水平度要高，高度差小于20um；提供一脉冲宽度可调谐的激光光源，调整激光焦点使之聚焦在待加工材料的上表面；
(2) 调整激光脉冲宽度在0.5ns，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工表层材料，在第一表面划开切割道，切割道的深度D1控制在0.05mm；
(3) 调节脉冲宽度在4.5ns，获得长脉冲激光，采用长脉冲激光沿切割道继续加工，加工深度D2，直至加工到距离第二表面的厚度D3控制在0.05mm；
(4) 调节激光脉冲宽度，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工剩余厚度D3，完成激光加工。
本实施例中，在激光加工材料的过程中，调整激光脉宽，在激光加工材料的上、下表面表层区域时采用相对较短的激光脉冲，实现精细切割，在加工材料中间区域时采用长脉冲激光，实现大切削量的快速切割。

Claims (7)

1.一种硬脆材料的激光加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1) 提供一脉冲宽度可调谐的激光光源，调整激光焦点使之聚焦在待加工材料的第一表面；
(2) 调整激光脉冲宽度在0.02～2ns之间，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工表层材料，在第一表面划开切割道，切割道的深度D1≤0.2mm；
(3) 调节脉冲宽度在4～10ns之间，获得长脉冲激光，采用长脉冲激光沿切割道继续加工，直至加工到距离第二表面的厚度D3≤0.2mm；
(4) 调节激光脉冲宽度，获得短脉冲激光，采用短脉冲激光加工剩余厚度D3，完成激光加工。
2.根据权利要求1所述的硬脆材料的激光加工方法，其特征在于：采用由上向下的激光加工方法，所述第一表面为待加工材料的上表面，所述第二表面为待加工材料的下表面。
3.根据权利要求1所述的硬脆材料的激光加工方法，其特征在于：采用由下向上的激光加工方法，所述第一表面为待加工材料的下表面，所述第二表面为待加工材料的上表面。
4.根据权利要求1所述的硬脆材料的激光加工方法，其特征在于：所述短脉冲激光的脉冲宽度在0.05～1.5ns之间。
5.根据权利要求1所述的硬脆材料的激光加工方法，其特征在于：所述长脉冲激光的脉冲宽度在4～7ns之间。
6.根据权利要求1所述的硬脆材料的激光加工方法，其特征在于：0.05mm≤D1≤0.2mm；0.05mm≤D3≤0.2mm。
7.根据权利要求6所述的硬脆材料的激光加工方法，其特征在于：0.05mm≤D1≤0.1mm；0.05mm≤D3≤0.1mm。
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