CN204430562U - 一种液膜保护的激光加工系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种液膜保护的激光加工系统，本系统固定工件的工作台安装于容器内，激光聚焦于工件表面。配有主喷嘴和辅助喷嘴，二者相比主喷嘴的中心线与水平面的交角较小，与工件表面距离较近，主喷嘴射流压力5～50Mpa，激光聚焦点处于主喷嘴射流束与工件表面相交区域内。辅助喷嘴与主喷嘴相对、位于激光束另一侧，射流压力0.05～0.2Mpa。主喷嘴和辅助喷嘴喷出的射流在工件表面形成稳定地向工件外缘流动的薄液膜保护层，激光束穿过液膜、聚焦于工件表面进行加工。本实用新型连续流动的薄水膜带走切屑和热，高压射流还可去除加热软化的材料，连续液膜覆盖整个工件表面，避免悬浮颗粒附着，提高清洁度。
Description
技术领域
本实用新型涉及激光加工技术领域，具体为一种液膜保护的激光加工系统。
背景技术
激光是个用来加工宏观和亚微制造的有效工具，因为它细小、高能的光束能满足材料加工的所有基本需求。但激光加工不可避免地存在热损伤。尽管超短激光能减少对材料的热效应，但存在低的材料移去率和高的光子花费的缺陷。近年来，学者们在不断进行减少热损伤的激光加工方法研究，其中，传统的水下激光加工方法是个较好的选择。然而，在水下激光加工过程中，因为激光加热导致水溶液产生波纹和气泡等，扰乱激光的传输，影响水下激光加工工艺的稳定性和降低加工质量。
此外，当加工的样片有多道切割线时，用于固定样片的真空吸盘会吸收溶液，被加工的样片表面干燥，导致加工过程中产生的悬浮颗粒附着，影响其表面清洁度。
所以传统的水下激光加工方法有待改进，要有稳定的水层厚度和平稳流动的溶液才能快速将切屑带离加工区，同时避免因激光的反射和折射导致激光的能量损失。
实用新型内容
本实用新型的目的是设计一种液膜保护的激光加工系统，包括激光装置、工作台以及容器，主喷嘴距离激光聚焦点较近，射流压力较大，激光加工点处于主喷嘴射流束与工件表面相交的区域内。主喷嘴的射流在加工点周围形成稳定的有一定厚度的流动水膜，降低激光加工的热效应，高压射流还可以去除激光软化的材料，提高加工质量，实现更洁净低损伤的激光加工。
本实用新型设计的一种液膜保护的激光加工系统包括激光装置和工作台，待加工的工件固定于工作台的上表面，工件待加工的表面为水平，激光装置产生的激光束聚焦于工件待加工的表面。还配有产生射流的主喷嘴，主喷嘴的喷口直径d1＝0.5～3mm，主喷嘴的中心线与水平面的交角θ1为30°～60°，主喷嘴的喷口中心与工件表面距离SOD1＝2～5mm，主喷嘴射流束的中心线与工件表面的交点和激光束在工件表面聚焦点的中心之间的距离为dp1＝0～0.2mm，即激光束的聚焦点处于主喷嘴射流束与工件表面相交的区域内；主喷嘴射流压力为5～50Mpa；主喷嘴连接第一离心泵。所述工作台安装于容器内，容器的排水管低于工作台上表面。
主喷嘴和第一离心泵之间连接有第一调节阀、第一计流器。以调节和控制主喷嘴的流量和保持压力。
与主喷嘴相对的、激光束另一侧还配有一个辅助喷嘴，辅助喷嘴的喷口直径d2＝3～5mm，辅助喷嘴的中心线与水平面的交角θ2为45°～90°，辅助喷嘴的喷口中心与工件表面距离SOD2＝8～12mm，辅助喷嘴射流束的中心线与工件表面的交点和激光束在工件表面聚焦点的中心之间的距离为dp2＝0.5～2mm。辅助喷嘴射流压力为0.05～0.2Mpa。辅助喷嘴连接第二离心泵。辅助喷嘴和第二离心泵之间连接有第二调节阀、第二计流器。
容器的排水管接回收罐。
本实用新型设计的一种液膜保护的激光加工系统，使用时，待加工的工件固定安置于工作台上表面；启动第一离心泵，主喷嘴向工件表面喷出射流，射流在工件表面形成稳定向工件外缘流动的薄液膜保护层；从工件流下的液体落入容器内，从容器的排水管排出；激光装置发射激光束穿过液膜，聚焦于工件表面进行加工，去除加工点上工件材料。主喷嘴的较高压力的射流，在加工点周围形成稳定有一定厚度的流动水膜，降低激光加工的热效应，高压射流还可以去除激光软化的材料，提高加工质量。与主喷嘴相对的、激光束另一侧还配有一个辅助喷嘴，步骤Ⅱ同时启动第二离心泵，辅助喷嘴射流射向工件表面，形成的液膜覆盖工件整个表面，防止加工过程中产生的悬浮颗粒附着，实现更洁净的激光加工。
与现有技术相比，本实用新型一种液膜保护的激光加工系统的优点为：1、主喷嘴恒定的高速射流在工件表面提供一层稳定的连续流动的薄水膜，避免由于激光加热导致液体的剧烈运动对加工的影响，且激光加工过程中的切屑和多余的热被流体带走，减少了飞溅物的沉积，缩小了激光的热影响区；液体的定向流动还将激光加工产生的水波、气泡等向工件外缘推移，消除了不均匀液体对激光传输的影响；2、激光在液膜下进行加工，较高压力的射流不但冷却工件表面，减少热损伤和表面飞溅物的沉积，射流还可以去除工件表面被激光加热软化却尚未达到熔点的部分材料，提高加工效率，且因较低温去除材料，降低热效应，使激光加工具有损伤低、加工质量高的特点；3、增加辅助喷嘴的低速射流，与主喷嘴的高速射流相配合，确保一定厚度的连续液膜覆盖整个工件表面，连续供液的液膜防止因为液体的蒸发而使悬浮颗粒附着于工件表面，激光加工完成后，除去液膜，也就移除了其中的悬浮颗粒，进一步提高工件表面清洁度；在对多道切割线的样片加工时，即使固定样片的真空吸盘吸收水分，但辅助喷嘴射流的液膜覆盖于整个样片表面，极少有悬浮颗粒附着；4、调节辅助喷嘴的低速射流液体的PH值或加入相应的缓冲剂，所产生的液膜可控制工件表面的化学反应过程，并防止静电放电(ESD)损坏工件表面；5、便于使用，通过调节阀即可调节两个喷嘴的流量；6、适用于激光加工薄脆性材料、热敏感材料和加工过程容易产生大量悬浮颗粒的硅圆片等。
附图说明
图1为本液膜保护的激光加工系统实施例的结构示意图。
图2为图1的局部放大示意图。
图中标号为：
1、容器，2、工作台，3、工件，4、排水管，5、回收罐、6、第二离心泵、7、第二调节阀、8、第二计流器、9、辅助喷嘴、10、激光装置、11、激光束、12、主喷嘴、13、第一计流器、14、第一调节阀、15、第一离心泵。
具体实施方式
本液膜保护的激光加工系统实施例包括激光装置10、工作台2、射流喷嘴以及容器1，待加工的工件3固定于工作台2的上表面，工件3待加工的表面为水平，激光装置10产生的激光束11聚焦于工件3待加工的表面，工作台2安装于容器1内，容器1的排水管4低于工作台2上表面。还配有喷嘴，主喷嘴12的喷口直径d1＝1.5mm，主喷嘴12的中心线与水平面的交角θ1为45°，主喷嘴12的喷口中心与工件3表面距离SOD1＝3mm，主喷嘴12射流束的中心线与工件3表面的交点和激光束11在工件3表面聚焦点的中心之间的距离为dp1＝0.1mm，即激光束11的聚焦点处于主喷嘴12射流束与工件3表面相交的区域内。主喷嘴12射流压力为20Mpa。
主喷嘴12经第一调节阀14和第一计流器13连接第一离心泵15。
与主喷嘴12相对、激光束11的另一侧还配有一个辅助喷嘴9，辅助喷嘴9的喷口直径d2＝4mm，辅助喷嘴9的中心线与水平面的交角θ2为60°，辅助喷嘴9的喷口中心与工件3表面距离SOD2＝10mm，辅助喷嘴9射流束的中心线与工件3表面的交点和激光束11在工件3表面聚焦点的中心之间的距离为dp2＝1mm。辅助喷嘴9射流压力为0.1Mpa。辅助喷嘴9经第二调节阀7和第二计流器8连接第二离心泵6。
容器1的排水管4接回收罐5。
本液膜保护的激光加工系统实施例使用时，待加工的工件3固定安置于工作台2上表面。启动第一离心泵15和第二离心泵6，主喷嘴12和辅助喷嘴9射流射向工件3表面，形成的液膜覆盖工件3整个表面。激光装置10发射激光束11穿过液膜、聚焦于工件3表面进行加工。液体从工件3和工作台2的表面边缘流下，进入容器1，从容器1的排水管4排出。
上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种液膜保护的激光加工系统，包括激光装置(11)和工作台(2)，待加工的工件(3)固定于工作台(2)的上表面，工件(3)待加工的表面为水平，激光装置(10)产生的激光束(11)聚焦于工件(3)待加工的表面；其特征在于：
还配有产生射流的主喷嘴(12)，主喷嘴(12)的喷口直径d1＝0.5～3mm，主喷嘴(12)中心线与水平面的交角θ1为30°～60°，主喷嘴(12)的喷口中心与工件(3)表面距离SOD1＝2～5mm，主喷嘴(12)射流束的中心线与工件(3)表面的交点和激光束(11)在工件(3)表面聚焦点的中心之间的距离为dp1＝0～0.2mm，即激光束(11)的聚焦点处于主喷嘴(12)射流束与工件(3)表面相交的区域内；主喷嘴(12)射流压力为5～50Mpa；
主喷嘴(12)连接第一离心泵(15)；
所述工作台(2)安装于容器(1)内，容器(1)的排水管(4)低于工作台(2)上表面。
2.根据权利要求1所述的液膜保护的激光加工系统，其特征在于：
所述主喷嘴(12)和第一离心泵(15)之间连接有第一调节阀(14)、第一计流器(13)。
3.根据权利要求1所述的液膜保护的激光加工系统，其特征在于：
与主喷嘴(12)相对、激光束(11)的另一侧还配有一个辅助喷嘴(9)，辅助喷嘴(9)的喷口直径d2＝3～5mm，辅助喷嘴(9)的中心线与水平面的交角θ2为45°～90°，辅助喷嘴(9)的喷口中心与工件(3)表面距离SOD2＝8～12mm，辅助喷嘴(9)射流束的中心线与工件(3)表面的交点和激光束(11)在工件(3)表面聚焦点的中心之间的距离为dp2＝0.5～2mm，辅助喷嘴(9)射流压力为0.05～0.2Mpa，辅助喷嘴(9)连接第二离心泵(6)。
4.根据权利要求3所述的液膜保护的激光加工系统，其特征在于：
所述辅助喷嘴(9)和第二离心泵(6)之间连接有第二调节阀(7)、第二计流器(8)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的液膜保护的激光加工系统，其特征在于：
所述容器(1)的排水管(4)接回收罐(5)。
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| CN201520034826.XU CN204430562U (zh) | 2015-01-19 | 2015-01-19 | 一种液膜保护的激光加工系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN105171237A (zh) * | 2015-08-31 | 2015-12-23 | 桂林电子科技大学 | 一种水下激光加工系统的液膜控制装置及使用方法 |
| CN109094199A (zh) * | 2018-09-28 | 2018-12-28 | 大连理工大学 | 一种同轴电喷射打印的液体电极装置 |
| CN110788483A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-02-14 | 上海润势科技有限公司 | 一种适用hit电池的低温切割方法及装置 |
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