CN1323797C - 喷墨喷嘴和用于喷墨喷嘴的激光钻孔工艺 - Google Patents
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Abstract
一种在用于制造喷墨喷嘴的工件中激光钻孔的方法，包括：起初使用激光束在一点(610)上照射该工件的表面，该点位于所需孔的外周界(630)内并且到外周界(630)的距离足以避免初步切除外周界(630)。以可变速率在外周界(630)方向上移动激光束，并控制可变速率以避免外周界(630)变形。根据可以充分去除外周界(630)内的材料的图形切除工件的材料，从而形成孔。
Description
技术领域
本发明总地来说涉及激光钻孔，特别涉及切削喷墨喷嘴中可重复的出口孔的方法。
背景技术
自从激光发明以来，使用脉冲式激光源进行材料切除就一直备受关注。二十世纪八十年代初，紫外受激准分子激光辐射技术在聚合物刻蚀方面的应用，导致了激光微加工领域的进一步发展，通过激光钻孔、切削、重复等工艺，可以加工更小尺寸的零件。最近，一篇名为“短脉冲激光精密钻孔”的文章(作者X.Chen与F.Tomoo，发表于2000年SPIE卷3888——“大功率激光加工制造”)对当今微加工领域的一些关键问题进行了综述。此外，还有如下相关专利：
美国专利“具有加热芯片喷墨过滤器的喷墨打印头”(专利号6,260,957)提到一种利用微加工和激光钻孔加工而成的硅喷墨过滤器，用于喷墨打印头的加热芯片上。这样一个加热芯片包括多个过滤器，可用于多个喷墨打印头的喷嘴。过滤器的构造包括一个微加工形成的喷墨入口区域，以及多个激光钻孔加工的出口孔。在进行微加工和激光钻孔之前，需要在加热器芯片基底上设置保护层。
美国专利“喷嘴以及形成喷嘴的方法和装置”(专利号6,089,698)提到先将喷嘴板与打印机主体键合在一起，然后通过激光切除的方法形成用于喷墨打印机的喷嘴。激光束在喷嘴板前端会聚为一点，从而在朝向出口位置处形成锥形喷嘴。在聚焦棱镜前放置第一和第二激光束掩模，其位置在棱镜中分别与喷嘴的入口和出口相对应，喷嘴的入口和出口的形状不同。喷嘴中心平面用于控制墨滴的弯月面，以及避免喷射出的墨滴受到来自喷嘴壁的侧向力。
美国专利“使用吸光涂层和可熔化铜控制出口孔再沉淀和直径变化的方法”(专利号6,023,041)提到一种在层叠基底上加工通孔的方法。这种方法首先在层叠基底的底面上涂覆一层聚合物吸光层，然后使用激光在基底的顶面和底面之间钻通孔，最后去除基底底面上形成的吸光层。
欧洲专利“喷墨打印头喷嘴板”(专利号EP0867294)提到一种在包含喷嘴层和粘附层的合成带上制造加工喷墨打印头喷嘴板的方法。这种方法首先在合成带上涂覆一层聚合物牺牲层和一层粘接层，然后激光去除合成带的流动零件。此外，该专利还提供了一种改善粘接层与牺牲层之间的粘接性能的方法。一旦准备了包含牺牲层的合成带，然后激光去除涂覆的合成带，以形成带中的流动零件，从而形成喷嘴板。在形成流动零件之后，去除牺牲层。通过使用激光将喷嘴板分开，可以从合成带上分离出单个喷墨打印头喷嘴板。
美国专利“具有激光切割局部成型喷墨孔的喷墨打印头及其加工方法”(专利号5,548,894)提到一种制造喷墨打印头的方法，利用这种方法制造的喷墨打印头包括具有喷墨腔的喷墨腔组件，以及固定到喷墨腔组件的前端面的喷嘴板，喷嘴板具有和各个喷嘴腔相连的喷墨孔，其中通过注模的方法形成喷嘴板的间隔，这样在间隔的一个对面上形成多个盲孔，每个盲孔的横截面积沿端面向着对面的方向逐渐减少。利用激光切割喷嘴板间隔形成喷嘴板，喷嘴板上的小孔与该盲孔一起就形成了喷墨孔。为保证喷喷墨腔与喷墨孔的连接，每个盲孔起始端的尺寸较佳地小于喷墨腔末端的尺寸。
超快激光可以持续产生约10-11秒(10皮秒)至10-14秒(10飞秒)的强烈激光脉冲，而短脉冲激光产生的强烈激光脉冲则可以持续大约10-10秒(100皮秒)至10-11秒(10皮秒)。这意味着超快激光和短脉冲激光在医疗、化学和通讯等领域有着广泛的应用前景。除此之外，短脉冲激光更可以用于对多种材料进行切削、钻孔。从某种意义上讲，亚微米级别的孔的加工变得非常容易。另外，还可以使用激光在硬质材料上加工深宽比高的孔，这样的应用包括加工涡轮叶片的冷却通道、喷墨打印机喷嘴以及印刷电路板上的通孔等。
在制造业质量控制中，如何实现可重复孔的形状，并使其严格符合产品规范，这一点是非常重要的。激光系统就具有这样的灵活性。在激光加工方面，工程师或者用户首先设计二维或三维结构，然后利用程序将其转化为数字控制，实现对激光的适时操控。然而，随着结构特征尺寸的不断降低，开展微加工产品的大规模生产变得越来越困难，特别是能够快速加工、并且节省成本，同时还能始终如一地满足产品的规范要求。
影响喷墨打印机质量的关键因素是喷嘴设计、施工技术以及操作。喷嘴设计中往往需要在上述材料中加工多个孔，并且每个喷嘴孔还具有成型的截面和出口孔。这些出口孔是控制墨滴从喷墨打印机喷嘴喷出的关键所在。任何缺陷都会导致打印机的质量问题。如果喷出的墨滴不一致，打印机的质量就会大大降低。
喷嘴孔的加工是喷墨打印机制造中的一个重要问题。加工具有特定几何形状的喷嘴孔，并测量其尺寸(包括入口半径、出口半径、出口孔深、锥形角等)和形状(圆柱形出口孔的锥度等)，这些对于控制打印机的质量以及最终的实际使用来说，都是至关重要的。同时，制造喷嘴的过程中还必须提供激光工具的操作方法、对材料进行控制以及对最终尺寸和形状进行检测，判断其是否满足重复性要求，这样才能保证大批量生产的一致性。
相对其他钻孔方法而言，尽管激光钻孔方法具有很多优点，但仍避免不了产品缺陷这一问题。目前，利用皮秒激光钻孔系统加工出的产品仍然会产生毛刺、凹口等缺陷。由于出口孔的尺寸和平整性对于喷嘴性能来说非常关键，因此出口孔上的缺陷危害更大，比如会限制墨滴的高速喷出、改变墨滴位置或者导致墨滴重复等，这些都会使打印机的质量大大降低。当前激光钻孔技术多采用短脉冲、低能量的激光，通过传统加工方法(切割圆形图案、去除中心材料来形成孔)形成出口孔，这也会导致在圆柱形出口孔各个面上产生不可预知的缺陷。正如上面所提到的那样，这些毛刺、凹口会对打印机质量产生负面影响，在加工过程应尽量避免。出于这样的考虑，在激光钻孔过程中人们需要一种方法来减小缺陷，以提高产品质量和一致性。针对这点，本发明提供了一种解决方法。
发明内容
根据本发明，一种在用于制造喷墨喷嘴的工件中激光钻孔的方法包括：起初使用激光束在一点上照射该工件的表面，从而在所述点处穿透该工件，其中该点位于所需孔的外周界内并且到外周界的距离足以避免初步切除外周界。以可变速率在外周界方向上移动激光束，并控制可变速率以避免外周界变形。根据可以充分去除外周界内的材料的图形切除工件的材料，从而形成孔。
本发明具有许多优点。总地来说提高了喷墨打印机的打印质量，并且还提高了制造喷墨喷嘴的质量和一致性。对喷墨喷嘴孔的激光钻孔过程中产生的缺陷变得最小。不会产生用于喷墨喷嘴中的可重复出口孔的凹口。相对常规的激光钻孔系统而言，本发明提出的方法和系统可以在现有系统基础上实现，在很多情况下甚至无需任何附加工具。因此，本发明几乎不会增加现有产品的成本。
本发明可以应用于许多领域，这一点从后面的详细描述中可以看出。应当理解，尽管展示了本发明的较佳实施例，但是详细说明和特定示例仅仅用于展示目的，而不用于限制本发明的范围。
附图说明
通过下面的详细说明和附图可以更完整地理解本发明，这些附图中：
图1是激光钻孔系统的示意图；
图2示出了激光钻孔系统加工出的示例性工件几何形状的横截面；
图3示出了传统穿孔技术加工的出口孔；
图4示出了传统穿孔技术加工喷墨喷嘴出口孔的现有技术方法；
图5提供了具有凹口问题的喷墨喷嘴孔的照片；
图6示出了冲孔和螺旋技术加工的出口孔；
图7示出了冲孔和螺旋技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法；
图8示出了冲孔和慢循环技术加工的出口孔；
图9示出了冲孔和慢循环技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法；
图10示出了双通道穿孔技术加工的出口孔；
图11示出了双通道穿孔技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法；
图12提供了喷墨打印机主要组成部件的透视图；和
图13是喷墨打印头横截面的示意图。
具体实施方式
下面对于较佳实施例的说明仅仅是示例性的，并不用于限制本发明、本发明的应用或使用。
总地来说，本发明的第一实施例提供了一种制造满足形状要求的可重复出口孔的方法。这种方法首先使用激光钻孔系统在工件上加工一个半径为A的通孔，且A小于出口孔的半径B；再将激光移至出口孔直径，沿出口孔直径进行圆周运动来进行加工。在本发明的另一个实施例中，首先从孔中去除初始质量X，该质量小于最终从孔中去除的总质量Y，然后再去除剩余质量Y-X。在执行所有的切除操作时，实际切除的边界和理想切除的边界(激光切除产生的边界)之间需基本满足一致性要求，也就是说在预定的阈值(如果公差沿着周长变化，则是阈值函数)范围内。这样才能满足产品的加工规范要求，特别是满足出口孔或其他孔的质量性能要求。
围绕“金枪鱼罐头效应”产生的原因——也就是出口孔里产生单个毛刺或凹口的原因，两个实施例采用了两种截然不同的分析。第一种分析表明，当激光束首先穿透出口孔周界上某一点时，出口孔里就会有毛刺或者凹口产生。因此，第一个实施例通过控制穿透发生的位置不在周界上(例如在已加工的出口孔直径范围内的一点)来消除凹口。第二种分析表明，激光束加工出口孔时会逐渐从出口孔一定范围的截面上去除材料，被去除的材料聚集在一起，会导致出口孔不均匀的裂变或者凹口。因此在第二个实施例中，在完成最后的步骤之前要先从出口孔去除材料；这样，当加工出口孔至最终直径时，减少了被去除材料的聚集，从而减小凹口的尺寸直至最终消除。在两个实施例中，材料去除率是通过切割激光束进行切割时工件上材料的去除率来定义的；另外，穿透孔在被去除材料上的位置也需要进行定义，该位置距周界一定距离，这样当切割激光束在工件上切割一个定位孔时，材料去除率和激光最小畸变的点尺寸应小于阈值(规定为切除边缘缺陷的公差)；激光束路径距离周界足够的距离，这样当切割激光束逐渐切割工件时，材料去除率和切除边缘最小畸变的点尺寸应小于预定的阈值；当切割激光束沿路径移动时，需要定义激光束进度率函数，它是激光束位置的函数，当切割激光束逐渐切割工件时，材料去除率和光点尺寸使切除边缘的变形最小，并小于预定的阈值。
下面介绍具体实施例。图1是激光钻孔系统100的简单示意图，包括激光器105、光束107、第一反射镜108、第二反射镜117、第三反射镜121、第四反射镜122、快门110、衰减器115、扩束器120、旋转半波片125、扫描反射镜130、扫描棱镜140和工件155，相互位置如图所示。在一个实施例中，激光器105是一个皮秒激光系统。
操作时，激光器105发射光束107沿激光器105和工件155之间的光路传播，光束107沿着光路传播，入射到第一反射镜108。第一反射镜108改变光束107的传播方向，使其继续沿光路传播，入射到快门110。快门110开和关，以有选择地照射工件材料。光束107离开快门110沿光路传播，到达衰减器115。衰减器115对激光器105的能量进行过滤，实现对去除参数的精确控制。光束107离开衰减器115沿光路传播，入射到第二反射镜117。第二反射镜117改变光束107的方向，使其继续沿光路传播，入射到扩束器120。
扩束器120将光束107的尺寸增大，与扫描棱镜140光瞳的大小相匹配。光束107离开扩束器120沿光路传播，入射到第三反射镜121。第三反射镜121改变光束107的方向，使其继续沿光路传播，入射到第四反射镜122。第四反射镜122改变光束107的方向，使其继续沿光路传播，入射到旋转半波片125。旋转半波片125改变光束107的偏振态。光束107离开旋转半波片125后沿光路传播，入射到扫描反射镜130。
控制计算机(图中未示出但应该是明显的)执行适时的钻孔算法，使扫描反射镜130按照预定的图案移动，从而对工件155进行钻孔加工。扫描反射镜130改变光束107的方向，使其继续沿光路传播，入射到扫描棱镜140。扫描棱镜140决定了光束107在工件155上的光点大小。光束107离开扫描棱镜140沿光路传播，入射到工件155。光束107按照预先定义的钻孔算法对工件155进行切割，形成图形。所确定的钻孔算法通过计算机(图中未示出)传送到激光钻孔系统100。同时该计算机还根据在钻孔算法中指定的参数向快门110和扫描反射镜130发送信号。
图2是工件几何形状200的横截面示意图，包括工件155、外围直径260、出口孔直径280和出口孔深290。
工件几何形状200是喷墨喷嘴内部一个锥形孔的横截面，这个锥形孔可以通过激光钻孔系统100加工而成。但是，这里的工件几何形状200只是一个实施例，本发明并不局限于使用这种形状。
工件几何形状200的特定参数，包括外围直径260、出口孔直径280和出口孔深290，都是根据墨盒生产商的要求制定的。
现在考虑现有技术，图3和图4所示是一种采用传统穿孔技术加工喷墨喷嘴出口孔的现有技术方法。图3所示出口孔300，是通过图4所示的传统穿孔技术加工而成的，包括激光束路径310和周界320。周界320是以出口孔300的中心点测量的半径来定义的。
为保证加工的清晰度，激光束路径310与周径320之间的距离最大可至20微米，但实际中这个距离是由光束107的光点尺寸以及切除率(一定时间内光束107去除的材料数)决定的，以实现预定的工件几何形状。
图4所示是一种采用传统穿孔技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法400，包括以下步骤：
步骤410：降低光束107的侧向速度(角速度的标量部分)。相对于加工成型孔时的速度，侧向速度要降低近50％～90％。使用较低的速度来完成圆柱形出口孔300的加工，可以获得更好的圆孔形状。在一个实施例中，喷嘴孔和圆柱形出口孔300按照如图2所示的工件几何形状200成型。
步骤420：在出口孔周界上穿孔。光束107沿周界320反复做圆周运动，直至去除掉足够的材料，导致激光束路径310内的材料分离，最终加工出一个半径满足预定工件几何形状要求的出口孔300。
图5所示是具有凹口问题的喷墨喷嘴孔的照片。从中可以看出喷墨喷嘴孔在实际加工后的结果，也就是说，依照上述现有技术方法加工的出口孔502内会产生凹口501。
现在介绍本发明的具体实施例，在定义了如何在工件155上钻出形状的切削算法中加入了关键改进。
如前所述，本发明着重考虑如何使用激光钻孔系统制造可重复出口孔，并使其满足一定的形状要求。考虑的出发点都是围绕着为解释“沙丁鱼罐头效应”——也就是说加工完成的出口孔里出现单个毛刺或凹口——的产生原因而提出的两种截然不同的分析。
第一点考虑是消除由于光束107初始“穿透”(当光束107到达工件155最深处时即为初始穿透)出口孔周界上的材料而导致出口孔内的毛刺或凹口。通过控制穿透发生的位置不在周界上(例如在已加工的出口孔直径范围内的一点)，来消除凹口。
光束107加工出口孔时，逐渐从出口孔一定范围内的截面上去除材料，被去除的材料聚集在一起，最终会导致出口孔不均匀的裂变或者凹口。第二点考虑就是如何消除这部分毛刺或凹口。这种方法在完成最后的步骤之前，先从出口孔去除一部分材料，这样加工出口孔至最终直径时，减少了被去除材料的聚集，从而减小了凹口的尺寸直至最终消除。
进一步，图6和图7所示是一种采用冲孔和螺旋技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法。图6所示出口孔600，是通过图7所示的冲孔和螺旋技术加工而成的，包括起始点610、激光束路径620以及周界630。
为保证加工的清晰度，激光束路径620和周界630之间的距离最大可至20微米，但实际中这个距离是由光束107的光点尺寸以及切除率(一定时间内光束107去除的材料数)决定，以实现预定的工件几何形状。
图7所示是一种采用冲孔和螺旋技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法700。
步骤710：穿透工件出口孔中心。将光束107聚焦于出口孔600的中心处，直至穿透工件155。
步骤720：螺旋向外至出口孔周界。光束107从起始点610中心开始，沿激光束路径620以0.1秒/转～1秒/转的速度螺旋向外，直至出口孔周界630。光束107在螺旋向外的过程中会去除工件155的材料，导致激光束路径620内的材料分离，出口孔600逐渐扩大，直至光束107到达周界630。
步骤730：沿出口孔周界做圆周运动。光束107以0.1秒/转～1秒/转的速度沿周界630做圆周运动，加工出具有圆形周界630的出口孔600。
光束107的瞬时进度率分别与光束107的位置以及定义周界630的轨迹上的点有关，并沿周界630连续变化；激光束路径是光束107位置相对周界630的一个函数；加工中，按照进度率函数执行步骤720和730，沿激光束路径移动光束107进行切割。这样，当切割光束107逐渐切割喷嘴板体时，材料去除率和出口孔600边界上激光最小畸变的点尺寸应该小于一个预定的阈值。对于工件115特殊的设计，首先应根据经验确定该函数，然后编写光束107控制程序，或者指导操作人员对光束107进行操纵。其他实施例中还将该函数融入到控制电路或机械凸轮的设计中。
采用方法700进行出口孔600的最终加工时，由于光束107发生穿透破坏的位置远离周界630，因此可以消除由此产生的毛刺或凹口。
图8和图9所示是一种采用冲孔和慢环绕技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法。图8所示出口孔800，是通过图9所示的冲孔和慢环绕技术加工而成的，包括起始点810、激光束路径820以及周界830。
为保证加工的清晰度，激光束路径820和周界830之间的距离最大可至20微米，但实际中这个距离由光束107的光点尺寸以及切除率(在一定时间内光束107去除的材料数)决定，以实现预定的工件几何形状。
图9所示是一种采用冲孔和慢环绕技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法900。
步骤910：在出口孔周界内穿透工件。将光束107聚焦于起始点810并穿透工件155，起始点810位于出口孔800的周界830内。
步骤920：操纵激光束至出口孔周界上一点。从起始点810开始，操作光束107至周界830上一点。
步骤930：沿出口孔周界慢速做圆周运动。光束107以0.1秒/转～1秒/转的速度沿周界830慢速做圆周运动，直至去除足够的材料，导致激光束路径820内的材料分离。最终结果是出口孔800的半径满足预定的工件几何形状的要求，并且精度在阈值定义的公差范围内。保持激光束路径820连续，直到光束107沿出口孔周界830环绕360度。
采用方法900进行出口孔800的最终加工时，由于光束107发生穿透破坏的位置远离周界830，因此可以消除由此产生的毛刺或凹口。
图10和图11展示了又一个实施例，其中所示是一种采用双通道穿孔技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法。图10所示出口孔1000，是通过图11所示的双通道穿孔技术加工而成的，包括激光束路径1010、激光束路径1020以及周界1030。
图11所示是一种采用双通道穿孔技术加工喷墨喷嘴出口孔的方法1100，包括以下步骤：
步骤1110：在出口孔周界内钻孔。光束107以0.1秒/转～1秒/转的速度沿激光束路径1010反复做圆周运动，直至去除足够的材料，导致激光束路径1010内的材料分离。
步骤1120：在出口孔周界上钻孔。光束107以0.1秒/转～1秒/转的速度沿周界1030反复做圆周运动，直至去除足够的材料，导致激光束路径1020内的材料分离。最终结果是出口孔1000的半径满足预定的工件几何形状的要求。
方法1100中，由于在完成最后的加工之前先从出口孔1000内去除掉一部分材料，消除了由于出口孔1000材料聚集而造成的毛刺或凹口。这样，当最终完成出口孔1000的加工时，减少了被去除材料的聚集，从而减小凹口的尺寸直至最终消除。
另一个实施例还对上述方法进行了扩展：首先在喷嘴板体的激光束离开表面上提供一层可刻蚀材料；控制对上述喷嘴板体进行连续切除，直至喷嘴板体与可蚀刻材料的分界面；在切割激光束完全通过激光束路径后，再将这层可蚀刻材料蚀刻掉(参照本专利发明背景部分所引用的美国专利6,023,041和欧洲专利EP 0867294)。
图12和图13详细说明了如何利用本发明提出的激光钻孔系统制造喷墨打印头的喷嘴板。
如图12所示，喷墨打印机1240具有喷墨打印头1241，喷墨打印头1241能通过压力发生器在记录介质1242上进行记录。喷墨打印头1241射出的墨滴沉积在记录介质1242上，就像复写纸一样能够在记录介质1242上进行记录。喷墨打印头1241安放在托架1244上，并能够沿着托架轴1243往复移动。更确切地说，喷墨打印头1241能沿着平行于托架轴1243的第一扫描方向X往复移动。通过滚筒1245沿第二扫描方向Y适时传送记录介质1242，这样，喷墨打印头1241和记录介质1242之间就可以通过滚筒1245进行相对移动。
图13显示了喷墨打印头1241的具体构造。在本实施例中，压力发生器1304较佳地是一个压电系统、热系统和/或等效系统。在此实施例中，压力发生器1304是一个压电系统，它包括上电极1301、压电单元1302和下电极1303。喷嘴板1314(工件155的具体实例)包括喷嘴基片1312和防水层1313两部分。喷嘴基片1312由金属、树脂和/或等效材料构成。防水层由氟树脂或者硅树脂构成。在本实施例中，喷嘴基片1312由50微米厚的不锈钢构成，防水层由0.1微米厚的氟树脂构成。喷墨充满喷墨供应通道1309、压力腔1305、喷墨通道1311以及喷嘴1310中。当压力发生器1304产生推力作用于压力腔组件1306时，墨滴1320便从喷嘴1310喷射而出。
利用本发明可以制造性能良好的喷嘴，而且制造过程不会在喷嘴板上引入闪光或者杂质(例如碳等)。同时，喷嘴出口直径的精度可以达到20±1.5微米(对于20微米直径喷嘴的出口面周界与切除边缘之间的较佳的预定可接受公差阈值)。
如前所述，本发明提供了从工件进行部分去除的系统与方法，该方法采用具有特殊用途的激光切割工具，可以用于喷墨喷嘴出口孔的钻孔加工。尽管本发明以当前较佳的形式进行了说明，但是可以理解，在不背离附加权利要求提出的本发明的精神的情况下，本发明可以包含多种修改。
本发明的说明仅仅是示例性的，因此，可以认为不背离本发明要旨的变化包含在本发明的范围之内。不应当认为这种变化超出了本发明的精神和范围。
Claims (33)
1.一种在用于制造喷墨喷嘴的工件中激光钻孔的方法，包括：
起初使用激光束在一点上照射该工件的表面，从而在所述点处穿透该工件，其中该点位于所需孔的外周界内并且到外周界的距离足以避免初步切除外周界；
以为了避免外周界的变形而进行控制的可变速率在外周界方向上移动激光束；和
根据可以充分去除外周界内的材料的图形切除工件的材料，从而形成孔。
2.根据权利要求1所述的方法，包括：
计算作为工件材料切除率和激光束光点尺寸的函数的最小距离；和
起初使用激光束在一点上照射该工件的表面，该点位于所需孔的外周界内并且到外周界的距离至少为所述最小距离。
3.根据权利要求2所述的方法，包括通过实验方法确定当使用激光束照射时包括工件的材料的切除率。
4.根据权利要求1所述的方法，包括：
在类似钻孔操作基础上通过实验确定在外周界内初始照射工件表面的安全区域；和
在经过实验确定的安全区域内的一点上使用激光束初始照射工件表面。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所需孔对应于出口孔，该方法包括：
在出口孔的中心点处穿透工件；
使激光束向外呈螺旋形到达出口孔的周界；
在出口孔的周界处使激光作圆周运动。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所需孔对应于出口孔，该方法包括：
在出口孔的周界内的一点穿透工件；
以第一速度操纵激光束至出口孔的周界上的一点；和
使激光以低于第一速度的第二速度沿出口孔的周界作圆周运动。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所需孔对应于出口孔，包括：
以小于出口孔的周界的直径穿孔；和
在出口孔的周界上穿孔。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所需孔对应于喷墨喷嘴的出口孔。
9.根据权利要求5所述的方法，其中工件对应于喷墨打印头的喷嘴板。
10.一种制造喷墨打印头的方法，包括：
根据权利要求9所述的方法在工件上形成孔；
连接所述工件到具有墨水通道、压力腔和压力发生器的喷墨打印头体。
11.一种使用激光切割工具从工件上去除一部分的方法，所述部分具有定义了所述部分的外边界以及所述工件上相对应的去除边界的预定周界，所述激光切割工具提供具有光点尺寸的切割光束，所述方法包括以下步骤：
确定所述切割光束切割所述工件的材料切除率；
定义位于所述部分内并且到周界具有一定距离的穿孔位置，使得当所述切割光束在所述工件上切割定位孔时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；
定义距所述周界具有一定距离的激光束路径，使得当所述切割光束逐渐切割所述工件时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；
定义沿着光束路径移动所述切割光束的光束进度率函数，该光束进度率函数是所述光束相对于所述周界的位置的函数，使得当所述切割光束逐渐切割工件时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；和
运行所述激光工具在所述穿孔位置处穿孔，接着根据所述进度率函数沿所述光束路径连续切割所述工件，这样，当所述切割光束经过所述光束路径后，将所述部分从所述工件上切除下来。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述光束路径提供了会聚性的材料去除，这样所述切割光束从所述部分内逐渐去除所述材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中通过如下步骤实现会聚性的材料去除：
去除所述部分的一部分；和
逐渐去除所述部分内的剩余部分，直至会聚到所述周界。
14.根据权利要求12所述的方法，其中使用螺旋前进的光束路径实现去除。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述光束根据穿孔的进度而移动。
16.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
提供适时控制计算机来操作所述激光切割工具；
对所述计算机编程，以根据所述穿孔位置、所述光束路径和所述光束进度率函数控制所述切割光束。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述工件具有一个光束入口面和一个光束出口面，进一步包括以下步骤：
在所述工件的光束出口面上安放一层可刻蚀材料；
控制所述连续切割，以穿过所述工件切割至所述工件和所述可刻蚀材料的分界面；和
在所述切割光束完全通过所述激光束路径后，刻蚀掉所述可刻蚀材料。
18.一种使用激光切割工具在喷墨喷嘴的喷嘴板体中切割出口孔的方法，所述孔具有定义了所述喷嘴板体中所述孔的边缘的位置的预定周界，所述激光切割工具提供具有光点尺寸的切割光束，所述方法包括以下步骤：
确定所述切割光束切割所述喷嘴板体的材料切除率；
定义位于所述喷嘴板体内并且到周界具有一定距离的穿孔位置，使得当所述切割光束在所述喷嘴板体上切割定位孔时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述边缘的变形最小，并小于预定阈值；
定义距所述周界具有一定距离的激光束路径，使得当所述切割光束逐渐切割所述喷嘴板体时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述边缘上的变形最小，并小于预定阈值；
定义沿着光束路径移动所述切割光束的光束进度率函数，该光束进度率函数是所述光束相对于所述周界的位置的函数，使得当所述切割光束逐渐切割喷嘴板体时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述边缘的变形最小，并小于预定阈值；和
运行所述激光工具在所述穿孔位置处在喷嘴板体中钻一个穿孔，接着根据所述进度率函数沿所述光束路径连续切割所述喷嘴板体，这样，当所述切割光束经过所述光束路径后，在所述喷嘴板体中切割出所述孔。
19.根据权利要求18所述的方法，其中所述光束路径对所述周界提供了会聚性的材料去除，这样所述切割光束从所述喷嘴板体内逐渐去除所述材料。
20.根据权利要求19所述的方法，其中通过如下步骤实现会聚性的材料去除：
去除所述喷嘴板体的第一部分；和
逐渐去除所述喷嘴板体的周界内剩余部分，直至会聚到所述喷嘴板体中的周界，从而形成孔。
21.根据权利要求19所述的方法，其中使用螺旋前进的光束路径实现去除。
22.根据权利要求18所述的方法，其中所述光束根据穿孔的进度而移动。
23.根据权利要求18所述的方法，进一步包括：
提供适时控制计算机来操作所述激光切割工具；
对所述计算机编程，以根据所述穿孔位置、所述光束路径和所述光束进度率函数控制所述切割光束。
24.根据权利要求18所述的方法，其中所述喷嘴板体具有一个光束入口面和一个光束出口面，进一步包括以下步骤：
在所述喷嘴板体的光束出口面上安放一层可刻蚀材料；
控制所述连续切割，以穿过所述喷嘴板体切割至所述喷嘴板体和所述可刻蚀材料的分界面；和
在所述切割光束完全通过所述激光束路径后，刻蚀掉所述可刻蚀材料。
25.一种通过使用激光切割工具在喷墨喷嘴的喷嘴板体中切割出口孔的处理制造的喷墨喷嘴，所述孔具有定义了所述喷嘴板体中所述孔的边缘的位置的预定周界，所述激光切割工具提供具有光点尺寸的切割光束，所述处理包括以下步骤：
确定所述切割光束切割所述喷嘴板体的材料切除率；
定义位于所述喷嘴板体内并且到周界具有一定距离的穿孔位置，使得当所述切割光束在所述喷嘴板体上切割定位孔时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述边缘的变形最小，并小于预定阈值；
定义距所述周界具有一定距离的激光束路径，使得当所述切割光束逐渐切割所述喷嘴板体时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述边缘上的变形最小，并小于预定阈值；
定义沿着光束路径移动所述切割光束的光束进度率函数，该光束进度率函数是所述光束相对于所述周界的位置的函数，使得当所述切割光束逐渐切割喷嘴板体时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述边缘的变形最小，并小于预定阈值；和
运行所述激光工具在所述穿孔位置处在喷嘴板体中钻一个穿孔，接着根据所述进度率函数沿所述光束路径连续切割所述喷嘴板体，这样，当所述切割光束经过所述光束路径后，在所述喷嘴板体中切割出所述孔。
26.根据权利要求25的处理制造的喷嘴，其中所述光束路径对所述周界提供了会聚性的材料去除，这样所述切割光束从所述喷嘴板体内逐渐去除所述材料。
27.根据权利要求26的处理制造的喷嘴，其中通过如下步骤实现会聚性的材料去除：
去除所述喷嘴板体的第一部分；和
逐渐去除所述喷嘴板体的周界内剩余部分，直至会聚到所述喷嘴板体中的周界，从而形成孔。
28.根据权利要求26的处理制造的喷嘴，其中使用螺旋前进的光束路径实现去除。
29.根据权利要求25的处理制造的喷嘴，其中所述光束根据穿孔的进度而移动。
30.根据权利要求25的处理制造的喷嘴，进一步包括：
提供适时控制计算机来操作所述激光切割工具；
对所述计算机编程，以根据所述穿孔位置、所述光束路径和所述光束进度率函数控制所述切割光束。
31.根据权利要求25的处理制造的喷嘴，其中所述喷嘴板体具有一个光束入口面和一个光束出口面，进一步包括以下步骤：
在所述喷嘴板体的光束出口面上安放一层可刻蚀材料；
控制所述连续切割，以穿过所述喷嘴板体切割至所述喷嘴板体和所述可刻蚀材料的分界面；和
在所述切割光束完全通过所述激光束路径后，刻蚀掉所述可刻蚀材料。
32.一种用于从工件上去除一部分的计算机执行激光切割装置，所述部分具有定义了所述部分的外边界以及所述工件上相对应的去除边界的预定周界，所述激光切割工具提供具有光点尺寸的切割光束，所述装置包括：
确定所述切割光束切割所述工件的材料切除率的计算机可执行逻辑；
定义位于所述部分内并且到周界具有一定距离的穿孔位置的计算机可执行逻辑，使得当所述切割光束在所述工件上切割定位孔时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；
定义距所述周界具有一定距离的激光束路径的计算机可执行逻辑，使得当所述切割光束逐渐切割所述工件时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；
定义沿着光束路径移动所述切割光束的光束进度率函数的计算机可执行逻辑，该光束进度率函数是所述光束相对于所述周界的位置的函数，使得当所述切割光束逐渐切割工件时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；和
运行所述激光工具在所述穿孔位置处穿孔并接着根据所述进度率函数沿所述光束路径连续切割所述工件的计算机可执行逻辑，这样，当所述切割光束经过所述光束路径后，将所述部分从所述工件上切除下来，运行所述工具的所述计算机可执行逻辑通过数据通信连接设备连接到定义所述穿孔位置的计算机可执行逻辑、定义所述激光束路径的计算机可执行逻辑和定义所述光束进度率函数的计算机可执行逻辑。
33.一种从工件上去除一部分的计算机执行激光切割装置，所述部分具有定义了所述部分的外边界以及所述工件上小于预定阈值的相对应的去除边界的预定周界，所述激光切割工具提供具有光点尺寸的切割光束，所述装置包括：
确定所述切割光束切割所述工件的材料切除率的设备；
定义位于所述部分内并且到周界具有一定距离的穿孔位置的设备，使得当所述切割光束在所述工件上切割定位孔时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；
定义距所述周界具有一定距离的激光束路径的设备，使得当所述切割光束逐渐切割所述工件时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；
定义沿着光束路径移动所述切割光束的光束进度率函数的设备，该光束进度率函数是所述光束相对于所述周界的位置的函数，使得当所述切割光束逐渐切割工件时，所述材料切除率和所述光点尺寸使所述切割边界上的变形最小，并小于预定阈值；和
运行所述激光工具在所述穿孔位置处穿孔并接着根据所述进度率函数沿所述光束路径连续切割所述工件的设备，这样，当所述切割光束经过所述光束路径后，将所述部分从所述工件上切除下来，运行所述工具的所述设备通过数据通信连接到定义所述穿孔位置的设备、定义所述激光束路径的设备和定义所述光束进度率函数的设备。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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Granted publication date: 20070704 Termination date: 20120411 |