CN108817655B - 一种陶瓷哑光表面的激光加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及陶瓷加工技术领域，具体涉及一种陶瓷哑光表面的激光加工方法，包括步骤：调整陶瓷产品的位置，并将其加工区域与激光的入射角度对齐；调整激光焦距使陶瓷产品的加工区域处于激光焦点的位置上；使用超快激光，调整超快激光加工参数，将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。本发明还涉及一种激光加工系统。通过使用超快激光，调整超快激光加工参数将陶瓷产品表面加工成磨砂表面，再调整超快激光加工参数将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面，仅需通过调整超快激光加工参数即可完成陶瓷哑光表面加工，简化其加工工序，降低成本，且有效减少陶瓷表面的微裂纹，保证陶瓷材料的强度。

Description

一种陶瓷哑光表面的激光加工方法

技术领域

本发明涉及陶瓷加工技术领域，具体涉及一种陶瓷哑光表面的激光加工方法。

背景技术

氧化锆陶瓷是利用氧化锆粉末制成的陶瓷产品。氧化锆陶瓷材料具有硬度高，韧性好的特点，且产品表面细腻，逐渐成为电子产品外壳的热点。

目前氧化锆陶瓷的表面处理主要有研磨抛光和上釉，从而形成高亮表面。作为电子产品外壳，高亮表面与手指接触时容易留下指纹，不美观，且握持摩擦力较小容易打滑，因此，工厂往往会将氧化锆陶瓷外壳的表面加工处理成哑光表面。

氧化锆陶瓷外壳的哑光表面处理的方式主要有喷砂处理。喷砂属于接触式的表面处理，作为电子产品陶瓷外壳厚度一般小于1mm，喷砂后陶瓷表面易产生微裂纹，降低陶瓷材料的强度。喷砂处理过程中粉尘对环境和人体健康都有一定的影响。喷砂处理后一般需要后续清洗等处理方式，工序繁多，经济成本高。喷砂哑光处理属于整体处理，对于选择性区域处理则效果较差。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种陶瓷哑光表面的激光加工方法及其激光加工系统，克服现有的陶瓷哑光表面加工工序繁多，成本高，且易产生微裂纹，降低陶瓷材料的强度的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种陶瓷哑光表面的激光加工方法，包括步骤：

调整陶瓷产品的位置，并将其加工区域与激光的入射角度对齐；

调整激光焦距使陶瓷产品的加工区域处于激光焦点的位置上；

使用超快激光，调整超快激光加工参数，将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；

调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

本发明的更进一步优选方案是：所述调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面包括步骤：

根据陶瓷产品的磨砂表面的粗糙度和镭射深度调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

本发明的更进一步优选方案是：所述激光加工方法还包括步骤：

配合使用测试距离的传感器调整激光焦距。

本发明的更进一步优选方案是：所述调整的超快激光加工参数包括镭射功率、打标次数、打标速度、Q频率和填充间距。

本发明的更进一步优选方案是：所述超快激光的波长为1030nm～1064nm。

本发明的更进一步优选方案是：所述激光加工方法还包括步骤：

使用机械手夹持陶瓷产品旋转运动使激光焦距保持恒定。

本发明的更进一步优选方案是：所述激光加工方法还包括步骤：

根据陶瓷产品的形状及其加工区域制作对应的治具；

调整治具的位置，并将陶瓷产品的加工区域与激光的入射角度对齐。

本发明的更进一步优选方案是：所述加工方法还包括步骤：

预设与陶瓷产品的加工区域对应的图形；

根据预设的图形，使用超快激光，调整超快激光加工参数将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；

调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

本发明的更进一步优选方案是：所述陶瓷产品包括氧化锆陶瓷。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种陶瓷哑光表面的激光加工系统，所述激光加工系统应用所述的激光加工方法进行陶瓷哑光表面的加工，所述激光加工系统包括：

治具，用于对陶瓷产品进行定位；

超快激光器，用于发射超快激光光束；

控制器，用于控制调整超快激光器发射超快激光光束的激光加工参数并将治具上的陶瓷产品表面加工成磨砂表面，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

本发明的有益效果在于，通过使用超快激光，调整超快激光加工参数将陶瓷产品表面加工成磨砂表面，再调整超快激光加工参数将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面，使得陶瓷哑光表面的加工仅需通过调整超快激光加工参数即可完成，简化陶瓷哑光表面加工的工序，降低成本，且有效减少陶瓷表面的微裂纹，保证陶瓷材料的强度。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明的陶瓷哑光表面的激光加工方法的流程框图；

图2是本发明的使用超快激光可选择对陶瓷产品表面上的部分区域进行哑光表面加工的流程框图；

图3是本发明的陶瓷哑光表面的激光加工方法的具体流程框图；

图4是本发明的陶瓷哑光表面的激光加工系统的结构框图。

具体实施方式

现结合附图，对本发明的较佳实施例作详细说明。

如图1至图3所示，本发明提供一种陶瓷哑光表面的激光加工方法的优选实施例。

一种陶瓷哑光表面的激光加工方法，包括步骤：

S10、调整陶瓷产品的位置，并将其加工区域与激光的入射角度对齐；

S40、调整激光焦距使陶瓷产品的加工区域处于激光焦点的位置上；

S50、使用超快激光，调整超快激光加工参数，将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；

S60、调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

其中，步骤S10中，将陶瓷产品的加工区域与激光的入射角度对齐是指将激光加工设备的镜头位置与陶瓷产品的的加工区域保持水平，此时，激光垂直于陶瓷产品的加工区域表面，或者激光稍微偏离与垂直方向成一定角度。

与现有常用的喷砂工艺相比，使用超快激光进行陶瓷哑光表面的加工，属于非接触式加工，有效减少陶瓷产品表面的微裂纹，保证陶瓷材料的强度，且无需更换刚玉、玻璃纱和碳化硅等喷砂材料以及喷砂处理后续的清洗等处理工序，仅需调整超快激光加工参数完成陶瓷哑光表面的加工，简化陶瓷哑光表面的加工工序，降低成本。

以及，如果使用喷砂工艺进行陶瓷哑光表面加工，需对陶瓷表面进行整体处理，无法选择加工陶瓷部分区域的表面，而使用超快激光可选择对陶瓷产品表面上的部分区域进行哑光表面加工，加工后的陶瓷哑光表面不易沾上指纹和污垢，耐刮擦，持久保持外观精美，且避免喷砂工艺过程粉尘对人体的伤害和对环境的不友好。

具体地，操作人员使用超快激光可选择对陶瓷产品表面上的部分区域进行哑光表面加工，包括步骤：

S11、根据陶瓷产品的形状及其加工区域制作对应的治具；

S12、调整治具的位置，并将陶瓷产品的加工区域与激光的入射角度对齐。

制作与陶瓷产品的形状及其加工区域制作对应的治具，可达到对选择性地对陶瓷表面的部分区域进行哑光表面加工，且确保陶瓷产品的加工区域与镜头位置保持水平关系，提高加工质量。

当然，若所述陶瓷产品为三维曲面产品，可配置使用机械手夹持陶瓷产品旋转运动使陶瓷产品的加工区域与镜头位置保持一定的高度，即激光焦距保持恒定。

其中，对陶瓷产品表面上的部分区域进行哑光表面加工时，所述激光加工方法还包括步骤：

S20、预设与陶瓷产品的加工区域对应的图形。即在图形编辑软件如Auto CAD、CorelDraw等软件上做出相应的图形，输出可供激光加工设备即超快激光器使用的格式。将预设的图形对应文件输入至超快激光器，超快激光器根据预设的图形，调整超快激光加工参数将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面，激光加工后便可得到预期的陶瓷哑光表面效果。

在步骤S40中，激光焦点的位置对陶瓷哑光表面加工效果有重要的影响，本实施例中，所述激光加工方法还包括步骤：

S30、配合使用测试距离的传感器调整激光焦距。

具体地，所述传感器可包括光电式传感器、红外线测距传感器、激光传感器等。优选地，本实施例中，传感器包括光电式传感器。使用光电式传感器检测激光区域与镜头位置的高度，自动调整激光焦点的位置，即调整激光焦距，提高后续加工精度。

其中，光电式传感器是采用光电元件作为检测元件的传感器。它首先把被测量的变化转换成光信号的变化，然后借助光电元件进一步将光信号转换成电信号。光电式传感器可实现非接触式的监测，响应时间短，维护成本低。

本实施例中，所述将陶瓷产品表面加工成磨砂表面和将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面需要调节的超快激光加工参数包括镭射功率、打标次数、打标速度、Q频率和填充间距。

其中，使用超快激光将陶瓷表面加工成磨砂表面和哑光表面的激光加工参数不同，且超快激光加工形成的磨砂表面的粗糙度和镭射深度影响后续加工陶瓷哑光表面的激光加工参数。

在步骤S50中，使用超快激光，调整超快激光加工参数将陶瓷产品表面加工成磨砂表面，不同的超快激光加工参数对加工形成的陶瓷磨砂表面的粗糙度和镭射深度不同，陶瓷磨砂表面的粗糙度和镭射深度影响后续陶瓷哑光表面的加工，故需通过调整超快激光加工参数控制陶瓷磨砂表面的粗糙度和镭射深度。

具体地，使用超快激光将陶瓷产品表面加工成磨砂表面的超快激光加工参数如下表所示：

在将陶瓷产品表面加工成磨砂表面的过程中，利用超快激光器发射的高强度聚焦超快激光光束在焦点处，使陶瓷材料氧化因而对其进行加工，陶瓷产品表面状态会发生变化，如出现发黄发黑，需要对形成的磨砂表面作进一步地处理，即使用超快激光对陶瓷的磨砂表面进行重结晶而恢复原色，形成哑光表面。

在步骤S60中，调整超快激光加工参数将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面包括步骤：

S61、根据陶瓷产品的磨砂表面的粗糙度和镭射深度调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。因为磨砂表面的不同粗糙度和镭射深度影响后续的陶瓷哑光表面的加工效果，所以将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面需根据陶瓷磨砂表面的粗糙度和镭射深度调整超快激光加工参数。

具体地，使用超快激光将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面的超快激光加工参数如下表所示：

本实施例中，所述超快激光的波长为1030nm～1064nm。优选地，所述超快激光的波长为1064nm。所述超快激光器的脉宽为皮秒级别。所述超快激光由于脉宽窄，超快激光与材料的相互作用时间很短，离子将能量传递到周围材料之前就已经从材料表面被烧蚀掉，降低了超快激光对材料的热冲击，有效提高加工精度和加工质量。所述将陶瓷产品表面加工成磨砂表面的镭射深度可控制至微米级别，最少镭射去除深度为10um，镭射深度可控性好，提高加工精度。

普通纳秒激光器的激光束由于其脉宽较长、峰值能量低和可重复频率较低，不足以使陶瓷磨砂表面发生重结晶而恢复原色，且普通纳秒激光器作用下会出现发黄发黑等现象，严重影响陶瓷外壳的美观。本实施例使用超快激光将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面后，陶瓷产品表面不容易沾上指纹和污垢，耐刮擦，持久保持外观精美。

本发明实施例的陶瓷哑光表面的激光加工方法的具体步骤如下所示：

根据陶瓷产品的形状及其加工区域制作对应的治具，调整治具的位置，并将陶瓷产品的加工区域与激光的入射角度对齐，使陶瓷产品的加工区域与镜头位置保持水平关系；预设与陶瓷产品的加工区域对应的图形，即在图形编辑软件如Auto CAD、CorelDraw等软件上做出相应的图形，输出可供超快激光器使用的格式；开启超快激光器，调整激光焦距，使陶瓷激光区域处于激光焦点的位置上；调整超快激光器的超快激光加工参数，根据预设的图形将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；再根据陶瓷产品的磨砂表面的粗糙度和镭射深度对超快激光器的超快激光加工参数进行调整，陶瓷产品的磨砂表面在超快激光的作用下，陶瓷磨砂表面发生重结晶恢复原色，形成哑光表面。

其中，使用超快激光将陶瓷产品表面加工成磨砂表面的原理是：利用超快激光器发射的超快激光光束在焦点处产生的瞬时高能量使陶瓷产品发生汽化而蚀刻，并通过高精度高速度振镜控制激光焦点的位置，按照陶瓷产品的加工区域对应的图形进行区域性激光加工，在陶瓷产品表面加工具有微观凹凸的磨砂表面，形成漫反射。

本发明实施例的陶瓷哑光表面的激光加工方法仅需调整超快激光加工参数完成陶瓷哑光表面的加工，简化陶瓷哑光表面的加工工序，降低成本，且加工后的陶瓷哑光表面不易沾上指纹和污垢，耐刮擦，持久保持外观精美，以及，避免喷砂工艺过程粉尘对人体的伤害和对环境的不友好。

本发明实施例中，所述陶瓷产品包括氧化锆陶瓷。本实施例以使用所述激光加工方法对氧化锆陶瓷进行哑光表面加工为例作说明。

如图4所示，本发明还提供一种陶瓷哑光表面的激光加工系统的优选实施例。

所述激光加工系统应用所述的激光加工方法进行陶瓷哑光表面的加工。所述激光加工系统包括：

治具10，用于对陶瓷产品进行定位；

超快激光器20，用于发射超快激光光束；

控制器，用于控制调整超快激光器20发射超快激光光束的超快激光加工参数并将治具10上的陶瓷产品表面加工成磨砂表面，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

其中，治具10对陶瓷产品有定位作用，同时限制超快激光器20对陶瓷产品上的特定区域进行哑光表面加工。

以及，控制器包括激光调整模块31及激光控制模块32。所述激光调整模块31对超快激光器20的超快激光加工参数进行调整以满足将治具10上的陶瓷产品表面加工成磨砂表面，以及再次调整超快激光加工参数将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。所述激光控制模块32控制超快激光器20发射超快激光光束对治具10上的陶瓷产品表面进行加工。

使用所述激光加工系统通过应用所述陶瓷哑光表面的激光加工方法对陶瓷产品进行哑光表面加工，仅需调整超快激光加工参数完成陶瓷哑光表面的加工，简化陶瓷哑光表面的加工工序，降低成本，且加工后的陶瓷哑光表面不易沾上指纹和污垢，耐刮擦，持久保持外观精美，以及，避免喷砂工艺过程粉尘对人体的伤害和对环境的不友好。

应当理解的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，对本领域技术人员来说，可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而所有这些修改和替换，都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种陶瓷哑光表面的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法包括步骤：

调整陶瓷产品的位置，并将其加工区域与激光的入射角度对齐；

调整激光焦距使陶瓷产品的加工区域处于激光焦点的位置上；

使用超快激光，调整超快激光加工参数，将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；

调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面；其中，在将陶瓷产品表面加工成磨砂表面的过程中，利用超快激光器发射的高强度聚焦超快激光光束在焦点处，陶瓷产品表面状态会发生变化并变色；使用超快激光对陶瓷的磨砂表面进行重结晶而恢复原色，形成哑光表面。

2.根据权利要求1所述的激光加工方法，其特征在于，所述调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面包括步骤：

根据陶瓷产品的磨砂表面的粗糙度和镭射深度调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

3.根据权利要求2所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法还包括步骤：

配合使用测试距离的传感器调整激光焦距。

4.根据权利要求3所述的激光加工方法，其特征在于，所述调整的超快激光加工参数包括镭射功率、打标次数、打标速度、Q频率和填充间距，将陶瓷产品表面加工成磨砂表面的超快激光加工参数调整为打标次数为1~10次，打标速度为500~2000mm/s，Q频率为200~1000KHz，填充间距为0.005~0.05mm，镭射功率为20~50%，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面的超快激光加工参数调整为打标次数为1次，打标速度为200~1500mm/s，Q频率为300~600KHz，填充间距为0.015~0.025mm，镭射功率为15~25%。

5.根据权利要求4所述的加工方法，其特征在于，所述超快激光的波长为1030nm~1064nm。

6.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法还包括步骤：

使用机械手夹持陶瓷产品旋转运动使激光焦距保持恒定。

7.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法还包括步骤：

根据陶瓷产品的形状及其加工区域制作对应的治具；

调整治具的位置，并将陶瓷产品的加工区域与激光的入射角度对齐。

8.根据权利要求5所述的激光加工方法，其特征在于，所述激光加工方法还包括步骤：

预设与陶瓷产品的加工区域对应的图形；

根据预设的图形，使用超快激光，调整超快激光加工参数将陶瓷产品表面加工成磨砂表面；

调整超快激光加工参数，将陶瓷产品的磨砂表面加工成哑光表面。

9.根据权利要求1-8任一所述的激光加工方法，其特征在于，所述陶瓷产品包括氧化锆陶瓷。

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