CN109128531B - 一种复合介质辅助的激光微孔加工方法 - Google Patents

一种复合介质辅助的激光微孔加工方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109128531B
CN109128531B CN201811127184.2A CN201811127184A CN109128531B CN 109128531 B CN109128531 B CN 109128531B CN 201811127184 A CN201811127184 A CN 201811127184A CN 109128531 B CN109128531 B CN 109128531B
Authority
CN
China
Prior art keywords
processing
laser
plate
laser beam
micropore
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811127184.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109128531A (zh
Inventor
王成勇
唐梓敏
郑李娟
王宏建
黄欣
杜策之
胡小月
杨涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangdong University of Technology
Original Assignee
Guangdong University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangdong University of Technology filed Critical Guangdong University of Technology
Priority to CN201811127184.2A priority Critical patent/CN109128531B/zh
Publication of CN109128531A publication Critical patent/CN109128531A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109128531B publication Critical patent/CN109128531B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36—Removing material
    • B23K26/38—Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382—Removing material by boring or cutting by boring
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/122—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in a liquid, e.g. underwater
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/12—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure
    • B23K26/1224—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring in a special atmosphere, e.g. in an enclosure in vacuum

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Abstract

本发明提供一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，包括以下步骤：将所加工板材装夹在冰冻容器中，并设定板材与初始加工平面的相对距离；往冰冻容器注入辅助溶液，并置于低于该辅助溶液熔点的温度条件下进行冰冻；将已冰冻的冰冻容器装夹在固定于超精密平台上的恒温腔中，并调整恒温腔温度以及超精密平台的位置参数；使用激光束A在板材对应加工位置上方照射辅助溶液的冰冻体以开冰窗；使用激光束B经过冰窗在熔化溶液的辅助下对板材进行微孔加工；根据孔形的加工要求使用激光束C进行微孔的锥度调控。本发明针对不同的工艺选用不同的激光参数，实现了多种激光加工工艺的复合，克服了单一激光存在的加工深度受限、热影响严重等问题。

Description

一种复合介质辅助的激光微孔加工方法
技术领域
本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种复合介质辅助的激光微孔加工方法。
背景技术
随着航天技术、电子信息技术的发展，微孔加工呈现出小型化、高密度化的趋势，在孔径小于100μm的微孔加工领域，相比于机械加工，激光加工具有不可替代的优势。
激光加工属于非接触式高能束加工方法，由于其具有加工效率高、无工具损耗等优点，被广泛运用于各类材料（例如PCB、陶瓷等）的微孔加工，但激光的微孔过程中存在着热影响区、孔形锥度难以控制等缺点，极大限制了激光在微孔加工领域的运用。当前研究中对于降低激光微孔加工中的热影响以及孔形锥度控制等问题，通常采用的措施为通过大量的实验对比寻求最佳的加工参数，例如，文献报道了通过正交实验优化多波长激光刻蚀多晶硅工艺参数，寻求最佳工艺参数的方法（多波长激光刻蚀多晶硅工艺参数优化，运用激光，2013,33,318-321）。该方法需要通过大量的实验进行探索，耗时长且当所加工的对象发生变化时需要重新进行实验，不利于实际生产中的推广与运用。专利ZL201210033482.1公开了一种可以降低激光加工过程中热影响的具有可切换激光系统的激光加工方法，该方法可以有效的降低激光加工过程中的热影响，实现高质量的机加工工件，但是需要通过第二次具有更低激光功率的激光加工以去除第一次激光加工造成的热影响，效率较低且方法较为复杂，这不利于激光微孔加工工件的量产以及该技术的进一步推广运用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，本发明针对不同的工艺选用不同的激光参数，实现了多种激光加工工艺的复合，克服了单一激光存在的加工深度受限、热影响严重等问题；同时，本发明采用双极化的温度场辅助加工，在低温下有利于激光进行微孔加工时板材的散热，有效的降低甚至消除激光微孔加工时存在的热影响问题。
本发明的技术方案为：一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将所加工板材装夹在冰冻容器中，并设定板材与初始加工平面的相对距离；
S2：往冰冻容器注入辅助溶液，并置于低于该辅助溶液熔点的温度条件下进行冰冻；
S3：将已冰冻的冰冻容器装夹在固定于超精密平台上的恒温腔中，并调整恒温腔温度以及超精密平台的位置参数；
S4：使用激光束A在板材对应加工位置上方照射辅助溶液的冰冻体以开冰窗；
S5：使用激光束B经过冰窗在熔化溶液的辅助下对板材进行微孔加工；
S6：根据孔形的加工要求使用激光束C进行微孔的锥度调控。
进一步的，冰冻容器两边装有用于上下调整位置的夹具装置，用于固定所加工板材以及调整板材与加工平面的相对距离，调整的相对距离范围为0~10mm。
进一步的，辅助溶液包括可用于辅助激光加工的水、离子溶液、酒精等中的一种或多种混合溶液。
进一步的，恒温腔的温度调整范围为-10℃~10℃，超精密加工平台可以沿x、y、z轴三个方向进行平移运动，同时可以沿u方向进行角度调节，调节范围为0~45°。
进一步的，所开冰窗的直径大于等于所加工微孔直径。
进一步的，锥度调控加工中孔形的要求包括正锥、倒锥、圆柱孔加工。
进一步的，激光束A、B、C的波长为355~1064nm，脉冲宽度为0~200ns，输出功率调整范围为0~30W，重复频率范围为2~150kHz，离焦量为-3~3mm，且各激光束之间的参数调节相互独立。
本申请发明人通过大量的创造性劳动，是本发明的技术方案能够达到以下效果：
1.针对不同的工艺选用不同的激光参数，实现了多种激光加工工艺的复合，克服了单一激光存在的加工深度受限、热影响严重等问题；
2.采用双极化的温度场辅助加工，在低温下有利于激光进行微孔加工时板材的散热，有效的降低甚至消除激光微孔加工时存在的热影响问题；
3.采用溶液液体及冰冻体等不同复合介质辅助激光加工，一方面有利于降低甚至消除激光进行微孔加工时存在的热影响，另一方面冰冻体的不断熔化可补充液体体积有利于保证微孔加工时激光的聚焦位置，提高微孔的尺寸以及位置精度；
4.利用辅助溶液冰冻体以及液体对激光的反射以及散射作用进行已加工微孔的激光锥度调控，有利于实现正锥、倒锥、圆柱孔的加工。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1.激光束A的输出参数由辅助溶液冰冻体的熔点决定，实现开冰窗的功能；激光束B的输出参数由所加工板材的烧蚀阈值决定，实现板材的微孔激光加工功能；激光束C的输出参数由辅助溶液冰冻体对激光的反射率已经微孔的孔形要求决定，实现微孔的锥度调控加工功能。
2.通过一次装夹使用不同激光进行开冰窗、微孔加工、锥度调控加工等工序，保证了所加工微孔的尺寸以及位置精度要求，同时选用相对应的激光有利于克服单一激光存在的加工深度、能量不足以各类加工要求的缺点，提高激光加工效率。
3.通过调整冰冻容器两边的夹具装置可以调整工件距离初始加工平面的冰冻距离，可以控制激光加工的辅助溶液的深度，同时进行板材的微孔加工时激光的热量使得冰窗周围辅助溶液的冰冻体不断熔化并流入冰窗，以补充加工时由于受热而蒸发掉的溶液，以保证溶液水平面高度的一致。
4.恒温腔的温度由辅助溶液的熔点决定，一般设置在溶液的熔点温度附近，例如使用纯净水作为辅助溶液时可将恒温腔设置为0℃左右，可以保证加工过程中溶液的冰冻体不会由于激光热量的存在而出现大面积熔化崩塌。同时恒温腔是一个密封装置，可以在溶液熔化时起到防止溶液外流损坏机床的作用。
5.在辅助溶液及其冰冻体的辅助下，进行激光微孔加工，可以有效地增强板材的散热能力，降低激光在微孔加工时的热影响，进一步提高微孔加工的质量。
6.在完成微孔的加工后，可以通过控制激光束C的输出功率，在辅助溶液的冰冻体的反射下对微孔进行锥度调控加工，可以实现微孔的正锥、倒锥、圆柱孔加工。
附图说明
图1为本发明的流程框图；
图2为本发明涉及加工装置的结构示意图；
图3为本发明实施例的加工示意图；
图4为本发明实施例的加工示意图；
图5为本发明实施例的加工示意图；
其中，1-激光器，2-激光束，21-激光束A，22-激光束B，23-激光束C，3-反射镜，4-聚焦模组，5-板材，6-辅助溶液，61-固态辅助溶液，62-液态辅助溶液，7-冰冻容器，8-恒温腔，9-超精密平台。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
实施例1
本实施例提供一种复合介质辅助下的激光微孔加工方法，包括以下步骤：根据所加工PCB板材5的加工要求，选择合适的加工位置并将PCB板材5装夹在冰冻容器7对应位置，将辅助溶液水6注入冰冻容器7并置于-5℃的温度下进行冰冻，然后将冰冻好的冰冻容器7固定在超精密平台9的恒温腔8内，根据辅助溶液水6的熔点设定恒温腔8的恒定温度为0℃，工件装夹完成；使用波长1064nm、脉冲宽度100ns、功率32W、重复频率100kHz、离焦量1mm等加工参数的激光束A 21对PCB板材5微孔加工位置上方的冰冻溶液6加热进行开冰窗工艺，加工完成后判断冰窗是否打通，若未打通则调整参数或者延长加工时间再一次进行加工；若已打通则使用波长532nm、脉冲宽度100ps、功率20W、重复频率100kHz、离焦量0等加工参数的激光束B 22进行PCB板材5的微孔加工，加工完成后判断是否达到所需加工深度，若未完成则调整参数或者延长加工时间再一次进行加工；若已完成根据PCB板材5微孔的倒锥形状的要求使用波长532nm、脉冲宽度100fs、功率12W、重复频率100kHz、离焦量0等加工参数的激光束C 23进行微孔的锥度调控加工。
实施例2
本实施例提供一种与实施例1相同的复合介质辅助下的激光微孔加工方法，所不同的是，还包括以下步骤：使用波长1064nm、脉冲宽度100ns、功率32W、重复频率100kHz、离焦量1mm等加工参数的激光束A 21对PCB板材5微孔加工位置上方的冰冻溶液6加热进行开冰窗工艺，在激光束A 21的加热下，对应位置的冰冻溶液水62逐渐熔化成溶液水61，形成冰窗，且辅助溶液水61储存在冰窗中。
实施例3
本实施例提供一种与实施例1相同的复合介质辅助下的激光微孔加工方法，所不同的是，还包括以下步骤：使用波长532nm、脉冲宽度100ps、功率20W、重复频率100kHz、离焦量0等加工参数的激光束B 22在辅助溶液61中进行PCB板材5的微孔加工，此过程中冰冻溶液水6提供低温环境，且在激光束B 22的加工过程中，其余热使得冰冻溶液水6持续熔化成溶液水61并汇入冰窗，保持激光束B 22在辅助溶液水61中的聚焦深度保持不变。
实施例4
本实施例提供一种与实施例1相同的复合介质辅助下的激光微孔加工方法，所不同的是，还包括以下步骤：根据PCB板材5微孔的倒锥形状的要求使用波长532nm、脉冲宽度100fs、功率12W、重复频率100kHz、离焦量0等加工参数的激光束C 23在冰冻液体6的反射散射以及在辅助溶液水61的辅助下，进行PCB板材5的倒锥孔的整形加工。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
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。对于本发明中所有未详尽描述的技术细节，均可通过本领域任一现有技术实现。

Claims (7)

1.一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，包括以下步骤： S1：将所加工板材装夹在冰冻容器中，并设定板材与初始加工平面的相对距离； S2：往冰冻容器注入辅助溶液，并置于低于该辅助溶液熔点的温度条件下进行冰冻； S3：将已冰冻的冰冻容器装夹在固定于超精密平台上的恒温腔中，并调整恒温腔温度以及超精密平台的位置参数；S4：使用激光束A在板材对应加工位置上方照射辅助溶液的冰冻体以开冰窗； S5：使用激光束B经过冰窗在熔化溶液的辅助下对板材进行微孔加工； S6：根据孔形的加工要求使用激光束C进行微孔的锥度调控。
2.根据权利要求1所述的一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，冰冻容器两边装有用于上下调整位置的夹具装置，用于固定所加工板材以及调整板材与加工平面的相对距离，调整的相对距离范围为0~10mm。
3.根据权利要求1所述的一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，辅助溶液包括可用于辅助激光加工的水、离子溶液、酒精中的一种或多种混合溶液。
4.根据权利要求1所述的一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，恒温腔的温度调整范围为-10℃~10℃，超精密平台可以沿x、y、z轴三个方向进行平移运动，同时可以沿u方向进行角度调节，调节范围为0~45°。
5.根据权利要求1所述的一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，所开冰窗的直径≥所加工微孔直径。
6.根据权利要求1所述的一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，锥度调控加工中孔形的要求包括正锥、倒锥、圆柱孔加工。
7.根据权利要求2所述的一种复合介质辅助的激光微孔加工方法，其特征在于，激光束A、B、C的波长为355~1064nm，脉冲宽度为0~200ns，输出功率调整范围为0~30W，重复频率范围为2~150kHz，离焦量为-3~3mm，且各激光束之间的参数调节相互独立。
CN201811127184.2A 2018-09-27 2018-09-27 一种复合介质辅助的激光微孔加工方法 Active CN109128531B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811127184.2A CN109128531B (zh) 2018-09-27 2018-09-27 一种复合介质辅助的激光微孔加工方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811127184.2A CN109128531B (zh) 2018-09-27 2018-09-27 一种复合介质辅助的激光微孔加工方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109128531A CN109128531A (zh) 2019-01-04
CN109128531B true CN109128531B (zh) 2020-05-22

Family

ID=64812529

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811127184.2A Active CN109128531B (zh) 2018-09-27 2018-09-27 一种复合介质辅助的激光微孔加工方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109128531B (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110625272B (zh) * 2019-08-16 2021-08-03 江苏大学 一种利用化学腐蚀冰层辅助激光加工低锥度微孔的装置及方法
CN110508885A (zh) * 2019-08-29 2019-11-29 安徽理工大学 一种具有促蚀物排出、抵消涡流、去残留峰、自纠偏功能的管电极及制作方法
CN110695536B (zh) * 2019-09-20 2021-09-07 中国科学院上海光学精密机械研究所 激光加工的方法
CN111992876B (zh) * 2020-08-31 2022-05-20 北京理工大学重庆创新中心 基于激光与液体相互作用调控的复杂三维微孔加工方法
CN113020798B (zh) * 2021-03-19 2022-06-14 哈尔滨工业大学 一种飞秒激光增减材加工系统及加工方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6489589B1 (en) * 1994-02-07 2002-12-03 Board Of Regents, University Of Nebraska-Lincoln Femtosecond laser utilization methods and apparatus and method for producing nanoparticles
WO2006036038A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Eo Technics Co., Ltd. Laser processing apparatus and method using tec module
CN103706957A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 中山大学 一种热电制冷装置及应用该装置的激光加工方法
CN104801857A (zh) * 2015-05-13 2015-07-29 西安交通大学 用冰—碳粉混合物作为涡轮叶片激光加工的后壁防护方法
CN105772955A (zh) * 2016-05-25 2016-07-20 广东工业大学 一种通过液体散射改善通孔锥度的装置及方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6489589B1 (en) * 1994-02-07 2002-12-03 Board Of Regents, University Of Nebraska-Lincoln Femtosecond laser utilization methods and apparatus and method for producing nanoparticles
WO2006036038A1 (en) * 2004-09-30 2006-04-06 Eo Technics Co., Ltd. Laser processing apparatus and method using tec module
CN103706957A (zh) * 2013-12-16 2014-04-09 中山大学 一种热电制冷装置及应用该装置的激光加工方法
CN104801857A (zh) * 2015-05-13 2015-07-29 西安交通大学 用冰—碳粉混合物作为涡轮叶片激光加工的后壁防护方法
CN105772955A (zh) * 2016-05-25 2016-07-20 广东工业大学 一种通过液体散射改善通孔锥度的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109128531A (zh) 2019-01-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109128531B (zh) 一种复合介质辅助的激光微孔加工方法
CN106735943B (zh) 一种激光辅助加热长脉冲激光打孔装置及其方法
CN110814544B (zh) 一种双激光复合切割的高精度制孔方法
CN110877161A (zh) 一种基于空间整形飞秒激光分层扫描的异形孔加工系统
CN103952767B (zh) 一种双激光束序列扫描精密加工蓝宝石的方法
CN213196184U (zh) 一种双光源复合激光加工装置
CN104972226A (zh) 一种双头激光加工装置及加工方法
CN110722272A (zh) 超快激光微纳切割钻孔设备及方法
CN103769754A (zh) 基于温升调控的靶丸微孔激光加工方法与装置
CN110625272B (zh) 一种利用化学腐蚀冰层辅助激光加工低锥度微孔的装置及方法
CN112928280B (zh) 一种金属锂负极用铜箔的图案化方法
CN109702326A (zh) 一种提高激光打孔深度的装置及其方法
CN110625273A (zh) 一种激光加工方法与装置
CN110788500B (zh) 一种硬脆材料复杂构件飞秒激光精密成型加工系统
CN115338533A (zh) 一种用于飞秒激光光束轨迹精确可控的扫描方法
CN111590194A (zh) 一种激光套嵌式复合加工方法
CN107414284A (zh) 一种准分子激光辅助微铣削加工方法与装置
CN108838546A (zh) 薄壁微管内表面微结构激光加工方法
CN113681155B (zh) 一种激光辅助电化学处理孔质量的方法及装置
Zhang et al. Optimization of the femtosecond laser trepan drilling strategy on IN792 for improving hole geometrical characteristics and machining efficiency
CN111940930A (zh) 一种微孔激光加工方法及设备
Jagadeesha et al. Hybrid Laser Electrochemical Micromachining
CN110695536B (zh) 激光加工的方法
CN117226254B (zh) 基于超快激光-长脉冲激光复合的激光打孔装置及方法
CN117564460B (zh) 一种非光学接触异质材料高强度超快激光焊接方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant