CN115837521A - 一种金属炫彩加工方法和激光加工装置 - Google Patents

Abstract

本申请实施例属于激光材料表面加工技术领域，涉及一种一种金属炫彩加工方法和激光加工装置。该方法包括如下步骤：将产品放置在固定治具上，对产品进行固定；导入需要加工的图形文件，根据图形文件确认焦点和打标位置；设置工艺参数，控制皮秒激光器对产品表面进行打标；控制纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰。本申请提供的技术方案能够用皮秒激光打标再由纳秒激光修饰的方式，在金属表面形成微纳条形结构以实现金属表面的色彩制作，炫彩的图案不会出现脱落的情况，同时耐久性好，对环境的影响小。采用本申请提供的方法进行炫彩加工，加工效率高，加工后只会在产品的表面形成微纳条纹结构，而不会对产品产生其他损伤，加工的精度高、范围大。

Description

一种金属炫彩加工方法和激光加工装置

技术领域

本申请涉及激光材料表面加工技术领域，更具体地，涉及一种金属炫彩加工方法和激光加工装置。

背景技术

传统的在金属物品表面进行色彩制作的方式主要采用油墨丝印及贴膜等方式，由于这种方式是在金属表面进行其他材料镀层或者添加涂层来进行制作，故其耐久性及色彩层脱落成为一个亟待解决的问题。并且在油墨丝印和贴膜方式加工时，必然会造成成本增加及环境污染问题。

发明内容

本申请实施例所要解决的技术问题是传统的炫彩加工方法的耐久性不好，且存在环境污染问题。

为了解决上述技术问题，本申请实施例提供一种金属炫彩加工方法，采用了如下所述的技术方案，该方法包括如下步骤：

将产品放置在固定治具上，对产品进行固定；

导入需要加工的图形文件，根据图形文件确认焦点和打标位置；

设置工艺参数，控制皮秒激光器对产品表面进行打标；

控制纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰。

进一步的，所述皮秒激光器所发出的皮秒激光功率大于所述纳秒激光器所发出的纳秒激光功率。

进一步的，所述控制皮秒激光器对产品表面进行打标的步骤具体为：控制皮秒激光器发射出皮秒激光后，皮秒激光依次经过合束器和振镜后投射到产品表面，在产品表面形成打标图案。

进一步的，所述控制纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰的步骤具体为：控制纳秒激光器发射出纳秒激光后，纳秒激光依次经过所述合束器和所述振镜后投射到打标图案的位置，对产品表面上构成打标图案的微纳条纹结构进行光滑处理。

进一步的，所述皮秒激光功率为0.8W-2W。

进一步的，所述皮秒激光器为1064nm波长的红外皮秒激光器；所述纳秒激光器为1064nm波长的红外纳秒激光器。

进一步的，所述控制皮秒激光器对产品表面进行镭雕的步骤中还包括：控制抽尘装置对打标位置进行吹风和抽尘。

进一步的，所述将产品放置在固定治具上，对产品进行固定的步骤之前，还包括：

对金属产品的表面进行光滑处理，得到表面为镜面的金属产品。

进一步的，所述皮秒激光器控制填充间距为0.03-0.08mm。

为了解决上述技术问题，本申请实施例还提供一种采用上述任一方案所述金属炫彩加工方法进行加工的激光加工装置，该装置包括固定治具、皮秒激光器和纳秒激光器，所述固定治具用于装载产品，所述皮秒激光器用于对产品表面进行打标，所述纳秒激光器用于对产品上的打标图案进行修饰。

与现有技术相比，本申请实施例主要有以下有益效果：本申请通过控制皮秒激光按打标图形对产品的表面进行打标，打标过程中皮秒激光与激光产生的等离子干涉，其干涉导致金属材料表面形成干涉纹路，形成微纳条纹结构，从而使金属表面上能够形成带有炫彩效果的图案，再通过纳秒激光对图案进行修饰，从而能够得到炫彩效果更加细腻的打标图案。本申请采用皮秒激光打标再由纳秒激光修饰的方式，在金属表面形成微纳条形结构以实现金属表面的色彩制作，炫彩的图案不会出现脱落的情况，同时耐久性好，对环境的影响小。另外，采用本申请提供的方法进行炫彩加工，加工效率高，加工后只会在产品的表面形成微纳条纹结构，而不会对产品产生其他损伤，加工的精度高、范围大。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，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他的附图。

图1是本申请提供一个实施例所述金属炫彩加工方法的流程图；

图2是采用本申请提供一个实施例所述金属炫彩加工方法加工后的微纳条纹结构的截面图；

图3是图2所示微纳条纹结构的俯视结构示意图。

具体实施方式

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文中在申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请；本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本申请的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本申请实施例提供一种金属炫彩加工方法，参阅图1，该方法包括如下步骤：

S200、将产品放置固定治具上，对产品进行固定；

S300、导入需要加工的图形文件，根据图形文件确认焦点和打标位置；

S400、设置工艺参数，控制皮秒激光器对产品表面进行打标；

S500、控制纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰。

可以理解的，本申请通过皮秒激光器发出的激光与激光产生的等离子体干涉产生微纳条纹结构，这样的微纳条纹结构在金属的表面上形成一种反射光栅结构，在光照条件下，反射光经过该反射光栅结构后形成色散，从而形成炫彩效。经过皮秒激光器打标后，形成炫彩的打标图案，再通过纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰，使微纳条纹结构更加光滑，使炫彩效果更加细腻，优化了打标图案的视觉效果。

与现有技术相比，该金属炫彩加工方法至少具有以下技术效果：

本申请通过控制皮秒激光按打标图形对产品的表面进行打标，打标过程中皮秒激光与激光产生的等离子干涉，其干涉导致金属材料表面形成干涉纹路，形成微纳条纹结构，从而使金属表面上能够形成带有炫彩效果的图案，再通过纳秒激光对图案进行修饰，从而能够得到炫彩效果更加细腻的打标图案。本申请采用皮秒激光打标再由纳秒激光修饰的方式，在金属表面形成微纳条形结构以实现金属表面的色彩制作，炫彩的图案不会出现脱落的情况，同时耐久性好，对环境的影响小。另外，采用本申请提供的方法进行炫彩加工，加工效率高，加工后只会在产品的表面形成微纳条纹结构，而不会对产品产生其他损伤，加工的精度高、范围大。

一个实施例中，皮秒激光器所发出的皮秒激光功率大于纳秒激光器所发出的纳秒激光功率。本实施例中，采用皮秒激光对产品表面进行加工，采用功率较小的纳秒激光对产品加工后的图案进行修饰，使产品表面所形成的微纳条纹结构更加光滑，减少了光的漫反射，使打标图案的色彩更明亮、更加细腻。

一个实施例中，步骤S300中，控制皮秒激光器对产品表面进行打标具体为：

控制皮秒激光器发射出皮秒激光后，皮秒激光依次经过合束器和振镜后投射到产品表面，在产品表面形成打标图案。

步骤S400中，控制纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰具体为：

控制纳秒激光器发射出纳秒激光后，纳秒激光依次经过所述合束器和所述振镜后投射到打标图案的位置，对产品表面上构成打标图案的微纳条纹结构进行光滑处理。

其中，步骤S300中，设置工艺参数为分别设置皮秒激光器和纳秒激光器的加工参数。其中，工艺参数包括打标速度、空跳速度、Q频、激光功率、填充间距以及焦点位置等。其中，皮秒激光器的打标速度可以设置为600-1200mm/s。皮秒激光器的Q频可以设置为400-1000KHz。焦点位置可以设置为上偏焦0-0.4mm。

具体的，本实施例中，皮秒激光器所发射出来的皮秒激光和纳秒激光器所发射出来的纳秒激光进过同一个合束器对激光进行整形后，再通过同一振镜控制激光在X轴和Y轴上的运动，从而实现皮秒激光和纳秒激光这两束激光能够对金属表面上同一加工位置分别进行打标和修饰，以保证采用纳秒激光对微纳条纹结构进行修饰时，纳秒激光在金属表面上的修饰位置与打标出来的图案所在位置保持一致性。

本实施例中，皮秒激光和纳秒激光的加工位置精度均在10μm以内，以避免加工以外区域受到明显烧蚀为影响加工效果。

具体的，在完成步骤S300之后，关闭皮秒激光器，再进行进行步骤S400。即皮秒激光器和纳秒激光器为分别对产品表面产生作用。

本实施例中，所述皮秒激光功率为0.8W-2W。进一步地，激光加工的位点位置为上偏焦0-0.4mm。

一个实施例中，皮秒激光器为1064nm波长的红外皮秒激光器，纳秒激光器为1064nm波长的红外纳秒激光器。本实施例中，采用红外皮秒激光器发射出来的1064nm波长的红外皮秒激光，使微纳条纹结构中的条纹宽度约为1μm(如图2至图3所示)，条纹宽度远小于红外皮秒激光在加工时的光斑大小，使打标图案的精度更高，炫彩效果更好。采用红外纳秒激光器发射出来1064nm波长的红外纳秒激光，使产品表面的微纳条纹结构更加光滑。

一个实施例中，步骤S300中，还包括：

控制抽尘装置对打标位置进行吹风和抽尘。

具体的，在控制皮秒激光器对产品表面进行打标以及在纳秒激光器对打标图案进行修饰的过程中，同时控制抽尘装置对打标位置进行吹风和抽尘。由于激光和金属产品表面的相互作用下会产生大量的灰尘和颗粒，这些灰尘和颗粒进入加工环境中会影响激光加工的效果，还会对加工安全造成隐患。在激光加工过程中通过吹气方式将粉尘颗粒及时吹走，能够减少粉尘对激光加工时对功率的影响，抽尘装置能够将吹起的粉尘及时吸走，以较少加工环境中的粉尘和颗粒。

一个实施例中，该金属炫彩加工方法还包括步骤：

S100、对金属产品的表面进行光滑处理，得到表面为镜面的金属产品。

具体的，对金属产品进行预处理：对金属产品的表面进行光滑处理，使金属产品表面达到镜面效果，可以减小初始表面形态对最终炫彩效果的影响。

一个实施例中，步骤S200具体为：

搭建固定治具，并将产品放置在固定治具上，对产品进行固定，对固定治具进行水平调节，使产品在水平方向的精度达到打标范围的0.03mm以内，以避免产品的水平偏差对加工效果的影响。

一个实施例中，步骤S300具体为：

制作并编辑需要加工的图形文件，导入图形文件，并根据图形文件确认焦点和打标位置。

一个实施例中，步骤S500之后还包括：

从固定治具上取出产品，并对产品进行清洗。

基于上述的金属炫彩加工方法，本申请实施例还提供一种激光加工装置，该激光加工装置采用上述的金属炫彩加工方法进行加工，该激光加工装置包括固定治具、皮秒激光器和纳秒激光器。固定治具用于装载产品，皮秒激光器用于对产品表面进行打标，纳秒激光器用于对产品上的打标图案进行修饰。

一个实施例中，该激光加工装置还包括合束器和振镜，合束器和振镜均位于皮秒激光和纳秒激光的光路上，用于对皮秒激光和纳秒激光进行整形和改变打标位置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例一：

金属炫彩加工方法为：

对金属产品的表面进行光滑处理，得到表面为镜面的金属产品。搭建固定治具，并将产品放置在固定治具上，对产品进行固定，对固定治具进行水平调节，使产品在水平方向的精度达到打标范围的0.03mm以内。制作并编辑需要加工的图形文件，导入图形文件，并根据图形文件确认焦点和打标位置。设置皮秒激光器和纳秒激光器的加工工艺参数，其中皮秒激光的加工参数具体为：打标速度为600mm/s，空跳速度为2000mm/s，Q频为400KHz，激光功率为0.8W，填充间距为0.03mm，焦点位置为上偏焦0.2mm。纳秒激光的激光功率为0.5W。

根据工艺参数控制控制皮秒激光器发射出皮秒激光，皮秒激光依次经过合束器和振镜后投射到产品表面，在产品表面形成打标图案，同时控制抽尘装置对打标位置进行吹风和抽尘。打标结束后，皮秒激光器停止出光，控制纳秒激光器发射出纳秒激光后，纳秒激光依次经过所述合束器和所述振镜后投射到打标图案的位置，对产品表面上构成打标图案的微纳条纹结构进行光滑处理。最后，从固定治具上取出产品，并对产品进行清洗。

实施例二：

金属炫彩加工方法为：

对金属产品的表面进行光滑处理，得到表面为镜面的金属产品。搭建固定治具，并将产品放置在固定治具上，对产品进行固定，对固定治具进行水平调节，使产品在水平方向的精度达到打标范围的0.03mm以内。制作并编辑需要加工的图形文件，导入图形文件，并根据图形文件确认焦点和打标位置。设置皮秒激光器和纳秒激光器的加工工艺参数，其中皮秒激光的加工参数具体为：打标速度为1200mm/s，空跳速度为2000mm/s，Q频为1000KHz，激光功率为2W，填充间距为0.08mm，焦点位置为上偏焦0.4mm。纳秒激光的激光功率为0.8W。

根据工艺参数控制控制皮秒激光器发射出皮秒激光，皮秒激光依次经过合束器和振镜后投射到产品表面，在产品表面形成打标图案，同时控制抽尘装置对打标位置进行吹风和抽尘。打标结束后，皮秒激光器停止出光，根据工艺参数控制纳秒激光器发射出纳秒激光后，纳秒激光依次经过所述合束器和所述振镜后投射到打标图案的位置，对产品表面上构成打标图案的微纳条纹结构进行光滑处理。最后，从固定治具上取出产品，并对产品进行清洗。

实施例三：

金属炫彩加工方法为：

对金属产品的表面进行光滑处理，得到表面为镜面的金属产品。搭建固定治具，并将产品放置在固定治具上，对产品进行固定，对固定治具进行水平调节，使产品在水平方向的精度达到打标范围的0.03mm以内。制作并编辑需要加工的图形文件，导入图形文件，并根据图形文件确认焦点和打标位置。设置皮秒激光器和纳秒激光器的加工工艺参数，其中皮秒激光的加工参数具体为：打标速度为800mm/s，空跳速度为2000mm/s，Q频为600KHz，激光功率为1W，填充间距为0.05mm，焦点位置为上偏焦0.2mm。纳秒激光的激光功率为0.8W。

根据工艺参数控制控制皮秒激光器发射出皮秒激光，皮秒激光依次经过合束器和振镜后投射到产品表面，在产品表面形成打标图案，同时控制抽尘装置对打标位置进行吹风和抽尘。打标结束后，皮秒激光器停止出光，控制纳秒激光器发射出纳秒激光后，纳秒激光依次经过所述合束器和所述振镜后投射到打标图案的位置，对产品表面上构成打标图案的微纳条纹结构进行光滑处理。最后，从固定治具上取出产品，并对产品进行清洗。

显然，以上所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，附图中给出了本申请的较佳实施例，但并不限制本申请的专利范围。本申请可以以许多不同的形式来实现，相反地，提供这些实施例的目的是使对本申请的公开内容的理解更加透彻全面。尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来而言，其依然可以对前述各具体实施方式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效替换。凡是利用本申请说明书及附图内容所做的等效结构，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理在本申请专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种金属炫彩加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

将产品放置在固定治具上，对产品进行固定；

导入需要加工的图形文件，根据图形文件确认焦点和打标位置；

设置工艺参数，控制皮秒激光器对产品表面进行打标；

控制纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰。

2.根据权利要求1所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，所述皮秒激光器所发出的皮秒激光功率大于所述纳秒激光器所发出的纳秒激光功率。

3.根据权利要求1所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，

所述控制皮秒激光器对产品表面进行打标的步骤具体为：控制皮秒激光器发射出皮秒激光后，皮秒激光依次经过合束器和振镜后投射到产品表面，在产品表面形成打标图案。

4.根据权利要求3所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，

所述控制纳秒激光器对打标出来的图案进行修饰的步骤具体为：控制纳秒激光器发射出纳秒激光后，纳秒激光依次经过所述合束器和所述振镜后投射到打标图案的位置，对产品表面上构成打标图案的微纳条纹结构进行光滑处理。

5.根据权利要求2所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，所述皮秒激光功率为0.8W-2W。

6.根据权利要求1所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，所述皮秒激光器为1064nm波长的红外皮秒激光器；所述纳秒激光器为1064nm波长的红外纳秒激光器。

7.根据权利要求1所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，所述控制皮秒激光器对产品表面进行镭雕的步骤中还包括：控制抽尘装置对打标位置进行吹风和抽尘。

8.根据权利要求1所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，所述将产品放置在固定治具上，对产品进行固定的步骤之前，还包括：

对金属产品的表面进行光滑处理，得到表面为镜面的金属产品。

9.根据权利要求1所述的金属炫彩加工方法，其特征在于，所述皮秒激光器控制填充间距为0.03-0.08mm。

10.一种采用上述权利要求1-9任一项所述金属炫彩加工方法进行加工的激光加工装置，其特征在于，包括固定治具、皮秒激光器和纳秒激光器，所述固定治具用于装载产品，所述皮秒激光器用于对产品表面进行打标，所述纳秒激光器用于对产品上的打标图案进行修饰。

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