CN109514099A - 一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于激光切割领域，具体涉及一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，在磨砂脆性材料待切割区域的上表面上加不易挥发性透光液体，再将盖上光玻璃盖，排除光玻璃与磨砂脆性材料间的气泡，然后将磨砂脆性材料放置于加工平台上；调节光学聚焦系统使贝塞尔光束穿过4f系统后形成切割磨砂脆性材料所需要的聚焦光斑和焦深，移动光学聚焦系统所在轴Z轴使贝塞尔光束的焦点落在磨砂脆性材料上；设定切割路径，移动加工平台的X轴和Y轴，对磨砂脆性材料进行加工。本发明的激光加工方法通过在待切割区域上加不易挥发性透光液体，保证贝赛尔光束聚焦系统的完善性，实现对磨砂脆性材料的切割，适用于双面磨砂脆性材料。

Description

一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法
技术领域
本发明属于激光切割技术领域，具体涉及一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法。
背景技术
常见的脆性材料有玻璃，蓝宝石等，磨砂脆性材料是用普通平板材料经机械喷砂、手工研磨（如金刚砂研磨）或化学方法处理（如氢氟酸溶蚀）等将表面处理成粗糙不平整的的半透明材料，常见磨砂材料表面粗糙度在10-1000nm之间。
磨砂材料因为它磨砂的外观与手感，颇受人们的喜欢，随着手机行业的不断发展，小块磨砂玻璃、蓝宝石的应用也随之兴起，磨砂玻璃的手机后壳受到越来越多消费者的青睐。但是由于磨砂材料表面粗糙，使光线产生漫反射，所以磨砂材料不可透视，表面粗糙不平对激光切割来说会破坏贝赛尔光束聚焦系统的完善性，贝赛尔光束无法正常聚焦，使得常规的贝赛尔光束系统无法切割；而对于双面磨砂的脆性材料，也因此会造成无法实现正常聚焦以及切割。因此，有必要针对磨砂脆性材料设计一种激光切割加工方法，以克服上述问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，能够实现激光对磨砂脆性材料的切割。
为实现上述目的，本发明的技术方案为一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，包括如下步骤：
1）在磨砂脆性材料的待切割区域的上表面上加不易挥发性透光液体，再将光玻璃盖在不易挥发性透光液体层上，并保证光玻璃与磨砂脆性材料之间没有气泡，然后将磨砂脆性材料放置于加工平台上；
2）调节光学聚焦系统使贝塞尔光束穿过4f系统后形成切割磨砂脆性材料所需要的聚焦光斑和焦深，移动光学聚焦系统所在轴Z轴使贝塞尔光束的焦点落在磨砂脆性材料上；
3）设定磨砂脆性材料的切割路径，移动加工平台的X轴和Y轴，对磨砂脆性材料进行加工。
进一步地，所述磨砂脆性材料的表面粗糙度在10~1000nm，厚度为0.1~3mm。
进一步地，所述磨砂脆性材料为单面磨砂或者双面磨砂。
进一步地，所述磨砂脆性材料为磨砂玻璃或磨砂蓝宝石。
进一步地，采用的激光器为超快皮秒激光器或超快飞秒激光器；所述激光器的脉宽为10fs~100ps，波长为532、1064nm。
进一步地，所述不易挥发性透光液体为水或食用油。
进一步地，步骤1）中采用人工按压的方式排除光玻璃与磨砂脆性材料之间的气泡。
进一步地，所述贝塞尔光束是激光通过锥形棱镜时产生的两束具有一定夹角的高斯光束相互干涉产生的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法通过在待切割区域上加不易挥发性透光液体，减少磨砂脆性材料的上表面粗糙引起的激光光散射，保证贝赛尔光学聚焦系统的完善性，实现激光对磨砂脆性材料的切割；
（2）本发明提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法的加工方式一次性切割，而非由下而上的逐层加工方式，避免加工过程中产生大量的粉尘；同时，本发明的加工方法也适用于双面磨砂的脆性材料，能解决双面磨砂的脆性材料无法正常聚焦及切割的问题，提高切割效率；
（3）采用本发明提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法得到的产品崩边小于0.02mm，有效地提高了磨砂脆性材料的切割质量；
（4）本发明提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法通过移动加工平台的X轴和Y轴实现按照预设的切割路径对磨砂脆性材料进行加工，比移动激光设备更容易控制和保证加工质量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施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，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。
图1为本发明实施例提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工示意图；
图2为本发明实施例提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工示意图；
图中：1、磨砂脆性材料，2、透明液体层，3、光玻璃，4、光学聚焦系统，41、4f-系统，42、锥形棱镜，5、扩束镜，6、45度全反射镜，7、激光器，8、工控机，9、Z轴，10、加工平台。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明实施例提供一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，包括如下步骤：
1）在磨砂脆性材料1的待切割区域的上表面上加不易挥发性透光液体，形成透明液体层2，再将光玻璃3盖在不易挥发性透光液体层2上，并保证光玻璃3与磨砂脆性材料1之间没有气泡，然后将磨砂脆性材料1放置于加工平台10上；
2）调节切割的光学聚焦系统4使贝塞尔光束穿过4f系统41后形成切割磨砂脆性材料1所需要的聚焦光斑和焦深，移动光学聚焦系统4所在轴Z轴9使贝塞尔光束的焦点落在磨砂脆性材料1上；
3）设定磨砂脆性材料1的切割路径，移动加工平台10的X轴和Y轴，对磨砂脆性材料1进行加工。
本实施例提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法通过在待切割区域上加不易挥发性透光液体，减少磨砂脆性材料1的上表面粗糙引起的激光散射，保证贝赛尔光学聚焦系统4的完善性，实现激光对磨砂脆性材料1的切割；通过移动加工平台10的X轴和Y轴实现按照预设的切割路径对磨砂脆性材料进行加工，比移动激光设备更容易控制和保证加工质量。同时，由于实施例采用的是贝赛尔光束，加工方式为一次性切割，当用于双面磨砂的脆性材料切割时，只需要在上表面上加不易挥发性透光液体和光玻璃，就能实现贝赛尔光束聚焦在磨砂脆性材料1上，然后一次性切割即可完成双面磨砂脆性材料的切割。本实施例中Z轴9、加工平台10的X轴和Y轴以及激光器7均与工控机8连接，通过工控机8控制光学聚焦系统4、加工平台10以及激光器7。
进一步地，所述磨砂脆性材料1的表面粗糙度在10~1000nm，厚度为0.1~3mm。
进一步地，所述磨砂脆性材料1为单面磨砂或者双面磨砂。本实施例的激光加工方法可以用于单面磨砂脆性材料，也可以用于双面磨砂脆性材料的切割，拓展了激光切割脆性材料的应用范围。
进一步地，所述磨砂脆性材料1为磨砂玻璃或磨砂蓝宝石。
进一步地，采用的激光器7为超快皮秒激光器或超快飞秒激光器；所述激光器7的脉宽为10fs~100ps，波长为532~1064nm。采用超快皮秒激光器或超快飞秒激光器发出的激光形成贝塞尔光束，激光作用时间短，一次性切割而非逐层切割，避免加工过程中产生大量的粉尘向四周扩散，减少对周边环境的空气污染。
进一步地，所述不易挥发性透光液体为水或食用油。本实施例通过在待切割区域加不易挥发性透光液体，如纯净水、蒸馏水或食用油，可以很好的减少磨砂脆性材料1上表面的激光慢反射，保证贝赛尔光学聚焦系统4的完善性，使焦点落在磨砂脆性材料上，从而完成激光对磨砂脆性材料1的切割；此外不易挥发性透光液体可以降低加工材料的温度。
进一步地，步骤1）中采用人工按压的方式排除光玻璃3与磨砂脆性材料1之间的气泡，避免气泡影响贝赛尔光学聚焦系统4的完善性。
进一步地，如图1和图2所示，所述光学聚焦系统4包括锥形棱镜42和4f系统41，激光器7产生的激光依次通过45度全反射镜6、45度全反射镜6、扩束镜5、45度全反射镜6、锥形棱镜42和4f系统41；所述贝塞尔光束是激光通过锥形棱镜42时产生的两束具有一定夹角的高斯光束相互干涉产生的。如图1所示，本实施例的贝赛尔光束是由激光通过锥形棱镜42时产生两束一定夹角的高斯光束，高斯光束相互干涉产生贝塞尔光束，由于成像原理，贝塞尔光束穿过4f系统41后，贝塞尔光束被放大或缩小，形成加工磨砂脆性材料1需要的聚焦光斑和焦深。本实施例的4f系统41包括第一聚焦镜和第二聚焦镜，且第一聚焦镜和第二聚焦镜均为凹透镜，所述第一聚焦镜和第二聚焦镜依次设置于锥形棱镜4与磨砂脆性材料1之间的光路上。采用本发明提供的利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法得到的产品崩边小于0.02mm，有效地提高了磨砂脆性材料的切割质量。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）在磨砂脆性材料的待切割区域的上表面上加不易挥发性透光液体，再将光玻璃盖在不易挥发性透光液体层上，并保证光玻璃与磨砂脆性材料之间没有气泡，然后将磨砂脆性材料放置于加工平台上；
2）调节光学聚焦系统使贝塞尔光束穿过4f系统后形成切割磨砂脆性材料所需要的聚焦光斑和焦深，移动光学聚焦系统所在轴Z轴使贝塞尔光束的焦点落在磨砂脆性材料上；
3）设定磨砂脆性材料的切割路径，移动加工平台的X轴和Y轴，对磨砂脆性材料进行加工。
2.如权利要求1所述的一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于：所述磨砂脆性材料的表面粗糙度在10~1000nm，厚度为0.1~3mm。
3.如权利要求1所述的一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于：所述磨砂脆性材料为单面磨砂或者双面磨砂。
4.如权利要求1所述的一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于：所述磨砂脆性材料为磨砂玻璃或磨砂蓝宝石。
5.如权利要求1所述的一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于：采用的激光器为超快皮秒激光器或超快飞秒激光器；所述激光器的脉宽为10fs~100ps，波长为532、1064nm。
6.如权利要求1所述的一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于：所述不易挥发性透光液体为水或食用油。
7.如权利要求1所述的一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于：步骤1）中采用人工按压的方式排除光玻璃与磨砂脆性材料之间的气泡。
8.如权利要求1所述的一种利用贝赛尔光束切割磨砂脆性材料的激光加工方法，其特征在于：所述贝塞尔光束是激光通过锥形棱镜时产生的两束具有一定夹角的高斯光束相互干涉产生的。
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