RU2394780C1 - Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials - Google Patents

Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials Download PDF

Info

Publication number
RU2394780C1
RU2394780C1 RU2009113480/03A RU2009113480A RU2394780C1 RU 2394780 C1 RU2394780 C1 RU 2394780C1 RU 2009113480/03 A RU2009113480/03 A RU 2009113480/03A RU 2009113480 A RU2009113480 A RU 2009113480A RU 2394780 C1 RU2394780 C1 RU 2394780C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
processed material
laser beam
removal
focusing
laser
Prior art date
Application number
RU2009113480/03A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Васильевич Любимов (RU)
Виктор Васильевич Любимов
Александр Сергеевич Щукин (RU)
Александр Сергеевич Щукин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет"
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет"
Priority to RU2009113480/03A priority Critical patent/RU2394780C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2394780C1 publication Critical patent/RU2394780C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: proposed method consists in that pulsed laser beam is directed to processed material to cause destruction in focusing points. Note that pulsed laser radiation is used with wavelength in or out of transparency range of processed material. Sequential removal of material is performed by focusing laser beam on processed material surface. Note here that sequential material layer removal is performed by producing group of hollows with variable coefficient of overlapping between separate layers in the range of 0.1 to 0.9. Then sequential step-by-step removal of next layer is performed, also with variable coefficient of overlapping between separate layers in the range of 0.2 to 0.95. In using pulsed laser radiation with wavelength in transparency range of processed material, sequential step-by-step material removal is performed by focusing laser beam at processed material inlet or outlet surface with respect to laser beam propagation direction.
EFFECT: expanded performances due to step-by-step removal of material from processed product surface.
2 cl, 12 dwg, 10 ex

Description

Изобретение относится к способам обработки материалов, в частности к способам формообразования и резания твердых неметаллических материалов. Изобретение может быть использовано в промышленности для формообразования и резания, получения деталей сложной пространственной формы, гравировки и маркировки различных твердых неметаллических материалов, преимущественно различных видов стекла и керамики.The invention relates to methods of processing materials, in particular to methods of forming and cutting solid non-metallic materials. The invention can be used in industry for shaping and cutting, obtaining parts of complex spatial shapes, engraving and marking various solid non-metallic materials, mainly various types of glass and ceramics.

Известен процесс лазерного скрайбирования и разрушения тонких стеклянных листов с нанесенным на них покрытием. Он осуществляется путем направления лазерного луча от импульсного KrF лазера, длина волны которого сильно поглощается стеклом, фокусирования лазерного излучения на поверхности материала или в его толще и формирования дефекта в точке фокусировки (патент США №5961852, В23К 26/00, опубл. 5.10.1999).The known process of laser scribing and destruction of thin glass sheets coated with a coating. It is carried out by directing the laser beam from a pulsed KrF laser, the wavelength of which is strongly absorbed by the glass, focusing the laser radiation on the surface of the material or in its thickness and forming a defect at the focusing point (US patent No. 5961852, B23K 26/00, publ. 5.10.1999 )

Недостатком данного способа является то, что он позволяет разделять только тонкие листовые материалы, толщиной до нескольких сот микрометров. При этом траектории разделения материала сильно ограничены по геометрическим конфигурациям.The disadvantage of this method is that it allows you to separate only thin sheet materials with a thickness of up to several hundred micrometers. In this case, the separation paths of the material are severely limited in geometric configurations.

Известен способ обработки стекла и других хрупких неметаллических материалов под действием термоупругих напряжений, возникающих в результате нагрева поверхностного слоя лазерным излучением до температуры, не превышающей температуру размягчения материала, последующего локального охлаждения зоны нагрева, при этом скорость относительного перемещения пучка, материала и места локального охлаждения зоны нагрева выбирают из условия образования в материале несквозной разделяющей трещины (патент РФ №2024441, С03В 33/02, опубл. 15.12.1994).A known method of processing glass and other brittle non-metallic materials under the action of thermoelastic stresses resulting from heating of the surface layer by laser radiation to a temperature not exceeding the softening temperature of the material, subsequent local cooling of the heating zone, while the rate of relative movement of the beam, material and the local cooling zone heating is selected from the conditions of formation in the material of a non-through separating crack (RF patent No. 2024441, С03В 33/02, publ. 15.12.1994).

Недостатком данного способа является то, что он, как и ранее указанный метод, позволяет осуществлять только непосредственное разделение листовых материалов и не позволяет осуществлять какой-либо другой вид обработки. При этом качественному гарантированному разделению могут подвергаться только листовые материалы толщиной до 10 мм.The disadvantage of this method is that it, like the previously mentioned method, allows only the direct separation of sheet materials and does not allow for any other type of processing. At the same time, only sheet materials with a thickness of up to 10 mm can be subject to guaranteed quality separation.

Наиболее близким к заявленному является способ резки прозрачных неметаллических материалов путем направления лазерного луча от импульсного лазера, фокусирования лазерного излучения на поверхности образца или в его толще и формирования дефекта в точке фокусировки, а затем приложения механического усилия к поверхности образца, отличающийся тем, что используют импульсное лазерное излучение с длиной волны, лежащей в области прозрачности материала, длительностью импульса 10-100 пс и энергией в импульсе, достаточной для образования пробоя в зоне фокуса, затем определяют размер дефекта и формируют дефекты в точках образца, отстоящих друг от друга на расстоянии, определяемом 50% перекрыванием дефектов до двукратного расстояния между дефектами (патент РФ №2226183, С03В 33/00, опубл. 27.03.2004).Closest to the claimed is a method of cutting transparent non-metallic materials by directing the laser beam from a pulsed laser, focusing the laser radiation on the surface of the sample or in its thickness and forming a defect at the focusing point, and then applying mechanical force to the surface of the sample, characterized in that they use pulsed laser radiation with a wavelength lying in the transparency region of the material, a pulse duration of 10-100 ps and an energy in the pulse sufficient to produce a breakdown in the focus area, then the size of the defect is determined and defects are formed at the points of the sample spaced apart by a distance determined by 50% overlapping of the defects up to twice the distance between the defects (RF patent No. 2226183, С03В 33/00, publ. March 27, 2004).

Недостатком указанного метода является необходимость приложения механических изгибающих усилий, что не дает получать сложные траектории разделения. Также способ не позволяет осуществлять какую-либо другую обработку, кроме разделения листовых материалов.The disadvantage of this method is the need for mechanical bending forces, which does not allow to obtain complex separation paths. Also, the method does not allow for any other processing, except for the separation of sheet materials.

В основу настоящего изобретения положена задача расширения технологических возможностей процесса лазерной импульсной обработки твердых неметаллических материалов путем создания способа лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов, включая стекло и керамику, который обеспечит осуществление последовательного дискретного съема материала с поверхности обрабатываемого изделия.The present invention is based on the task of expanding the technological capabilities of the process of laser pulsed processing of solid non-metallic materials by creating a method of laser pulsed shaping of solid non-metallic materials, including glass and ceramics, which will ensure sequential discrete removal of material from the surface of the workpiece.

Поставленная задача решается тем, что в способе лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов импульсное лазерное излучение с энергией в импульсе, обеспечивающей образование оптического пробоя в зоне фокуса, направляют от импульсного лазера к обрабатываемому материалу и формируют разрушения в точках фокусировки, при этом используют импульсное лазерное излучение с длиной волны, лежащей или не лежащей в области прозрачности обрабатываемого материала, и осуществляют последовательный дискретный съем материала в виде отдельного слоя путем фокусирования лазерного луча на поверхности обрабатываемого материала и формирования группы лунок с переменным коэффициентом перекрытия, определяемым в диапазоне от 0,1 до 0,9, затем на обработанной поверхности материала осуществляют последовательный дискретный съем следующего отдельного слоя материала, с переменным коэффициентом перекрытия между отдельными слоями, определяемым в диапазоне от 0,2 до 0,95. При использовании импульсного лазерного излучения с длиной волны, лежащей в области прозрачности обрабатываемого материала, осуществляют последовательный дискретный съем материала путем фокусирования лазерного луча на выходной или входной поверхности обрабатываемого материала по отношению к направлению распространения лазерного луча.The problem is solved in that in the method of laser pulsed shaping of solid non-metallic materials, pulsed laser radiation with energy in a pulse, which ensures the formation of optical breakdown in the focus area, is directed from the pulsed laser to the material being processed and damage is formed at the focusing points, using pulsed laser radiation with a wavelength, lying or not lying in the transparency region of the processed material, and carry out sequential discrete removal of material Ala in the form of a separate layer by focusing the laser beam on the surface of the processed material and forming a group of holes with a variable overlap coefficient, determined in the range from 0.1 to 0.9, then on the treated surface of the material carry out sequential discrete removal of the next separate layer of material, with a variable the coefficient of overlap between the individual layers, determined in the range from 0.2 to 0.95. When using pulsed laser radiation with a wavelength lying in the transparency region of the processed material, sequential discrete removal of the material is carried out by focusing the laser beam on the output or input surface of the processed material in relation to the direction of propagation of the laser beam.

На фиг.1 показана схема образования отдельной лунки на поверхности обрабатываемого материала. Фиг.2 - схема последовательного дискретного съема материала. Фиг.3 - схема, показывающая ограничение образования поверхности. Фиг.4 - схема обработки прозрачного, для используемого лазерного излучения, материала путем фокусирования лазерного луча на выходной поверхности обрабатываемого изделия. Фиг.5 - отверстия различной формы, вырезанные в листовом стекле марки M1. Фиг.6 - схема вырезания прямоугольного отверстия в листовом стекле. Фиг.7 - комбинированное отверстие, вырезанное в листовом стекле марки M1. Фиг.8 - комбинированное отверстие, вырезанное в листовом стекле марки M1. Фиг.9 - винт М3 с потайной головкой, вырезанный из листового стекла марки M1. Фиг.10 - маркировка поверхности листового стекла марки M1.Figure 1 shows a diagram of the formation of a single hole on the surface of the processed material. Figure 2 - scheme of sequential discrete material removal. Figure 3 is a diagram showing the limitation of surface formation. 4 is a processing diagram of a transparent material used for laser radiation by focusing the laser beam on the output surface of the workpiece. Figure 5 - holes of various shapes carved in sheet glass brand M1. 6 is a diagram of cutting a rectangular hole in sheet glass. 7 is a combined hole cut out in sheet glass of the brand M1. Fig. 8 is a combined hole cut out in M1 sheet glass. Fig.9 - screw M3 with countersunk head, cut from sheet glass brand M1. Figure 10 - marking the surface of the sheet glass of the brand M1.

Процесс лазерного импульсного формообразования поверхности обрабатываемого материала заключается в следующем (фиг.1). Под воздействием лазерного луча 1, сфокусированного на поверхности обрабатываемого материала 2, образуется лазерная искра вследствие оптического пробоя поверхности материала. При этом для прозрачного материала порог пробоя поверхности значительно ниже порога пробоя в его объеме, поскольку поверхность материала, как правило, концентрирует в себе напряжения, дефекты и неоднородности.The process of laser pulse shaping of the surface of the processed material is as follows (figure 1). Under the influence of a laser beam 1 focused on the surface of the processed material 2, a laser spark is formed due to optical breakdown of the surface of the material. Moreover, for a transparent material, the breakdown threshold of the surface is much lower than the breakdown threshold in its volume, since the surface of the material, as a rule, concentrates stresses, defects, and inhomogeneities.

Результатом воздействия импульса лазерного излучения является лунка 3 глубиной h и поперечным размером d, которая образуется вследствие единичного съема материала. При последовательном формировании на поверхности обрабатываемого материала группы таких лунок на расстоянии SH друг от друга происходит последовательный дискретный съем материала в виде отдельного слоя. Затем на обработанной поверхности осуществляют последовательный дискретный съем следующего слоя материала и т.д. с расстоянием между отдельными слоями SV (фиг.2), тем самым обеспечивая управляемое формообразование поверхности обрабатываемого материала. Описанный послойный съем материала позволяет получать сложные по форме поверхности и их комбинации.The result of exposure to a laser pulse is a hole 3 of depth h and a transverse dimension d, which is formed due to a single removal of the material. When sequentially forming on the surface of the processed material a group of such holes at a distance S H from each other, a sequential discrete removal of material occurs in the form of a separate layer. Then on the treated surface carry out sequential discrete removal of the next layer of material, etc. with the distance between the individual layers S V (figure 2), thereby providing controlled shaping of the surface of the processed material. The described layer-by-layer removal of material allows to obtain surfaces of complex shape and their combinations.

Указанное расстояние между лунками SH выбирается из соображений, что создаваемые соседние лунки в отдельном слое располагаются с перекрытием относительно друг друга. Перекрытие лунок в слое определяется следующим образом: пусть р - величина относительного перекрытия соседних лунок, тогда коэффициент перекрытия KH, определяемый как отношение величины относительного перекрытия p к поперечному размеру лунки d, принимается от 0,1 до 0,9, в зависимости от типа обрабатываемого материала и формируемых геометрических элементов. При этом коэффициент перекрытия KH может изменяться в пределах отдельного слоя для различных формируемых геометрических элементов (угловые участки, участки округления малых радиусов (менее 0,3 мм), участки стыков различных геометрических элементов).The indicated distance between the wells S H is selected for reasons that the adjacent adjacent wells in a separate layer are overlapped relative to each other. The overlap of the holes in the layer is determined as follows: let p be the relative overlap of neighboring wells, then the overlap coefficient K H , defined as the ratio of the relative overlap p to the transverse size of the hole d, is taken from 0.1 to 0.9, depending on the type processed material and formed geometric elements. In this case, the overlap coefficient K H can vary within a separate layer for various geometric elements being formed (corner sections, rounding sections of small radii (less than 0.3 mm), joint sections of various geometric elements).

Расстояние между отдельными слоями SV выбирается из соображений, что создаваемые соседние слои располагаются с перекрытием относительно друг друга. Коэффициент перекрытия между отдельными слоями KV определяется аналогично коэффициенту перекрытия KH: пусть р - величина относительного перекрытия соседних слоев, тогда коэффициент перекрытия KV, определяемый как отношение величины относительного перекрытия р к глубине отдельной лунки h, принимается от 0,2 до 0,95, в зависимости от типа обрабатываемого материала и формируемых геометрических элементов (угловые участки, участки скругления малых радиусов (менее 0,3 мм), участки стыков различных геометрических элементов).The distance between the individual layers S V is chosen for reasons that the adjacent layers being created are overlapped relative to each other. The overlap coefficient between the individual layers K V is determined similarly to the overlap coefficient K H : let p be the relative overlap of adjacent layers, then the overlap coefficient K V , defined as the ratio of the relative overlap p to the depth of an individual hole h, is taken from 0.2 to 0, 95, depending on the type of material being processed and the formed geometric elements (corner sections, rounding sections of small radii (less than 0.3 mm), joint sections of various geometric elements).

При этом для обеспечения оптимального последовательного дискретного съема материала каждая группа лунок очередного слоя смещается относительно группы лунок предыдущего слоя, так чтобы обеспечить «шахматный порядок» взаимного расположения лунок в соседних слоях. Например, если группа лунок в первом слое формируется с параметром SH=0,03 мм, то группу лунок второго слоя необходимо сместить относительно первой группы на SH/2.At the same time, to ensure optimal sequential discrete removal of material, each group of holes in the next layer is shifted relative to the group of holes in the previous layer, so as to provide a "checkerboard pattern" of the relative positions of the holes in adjacent layers. For example, if a group of holes in the first layer is formed with the parameter S H = 0.03 mm, then the group of holes in the second layer must be shifted relative to the first group by S H / 2.

Поскольку фокусируемый лазерный луч имеет вид сходящегося конуса, то при погружении на определенную глубину каустики сфокусированного луча относительно поверхности обрабатываемого материала 2 часть сфокусированного луча 1 перекрывается краями обработанной поверхности (фиг.3). Таким образом, вертикальные стенки получаемой поверхности в результате такого формообразования будут иметь наклон α≈arctg(D/2F), где D - диаметр лазерного луча до фокусировки, F - фокусное расстояние используемого объектива. Следовательно, такая схема процесса лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов пригодна при разделении листового материала, к кромкам которого не предъявляется требований строгой вертикальности, или при операциях формообразования, не требующих получения вертикальных стенок с углом наклона меньше указанного α. При этом разделение листовых материалов может осуществляться по любым траекториям и без необходимости приложения механических усилий.Since the focused laser beam has the form of a converging cone, when immersed at a certain depth of the caustic of the focused beam relative to the surface of the processed material 2, part of the focused beam 1 is blocked by the edges of the processed surface (Fig. 3). Thus, the vertical walls of the resulting surface as a result of such shaping will have a slope α≈arctg (D / 2F), where D is the diameter of the laser beam before focusing, F is the focal length of the lens used. Therefore, such a process diagram of laser pulsed shaping of solid non-metallic materials is suitable for separating sheet material, the edges of which do not have strict vertical requirements, or for shaping operations that do not require vertical walls with an angle of inclination less than the specified α. In this case, the separation of sheet materials can be carried out along any trajectories and without the need for mechanical forces.

Также для прозрачных для используемого лазерного излучения материалов применяется схема обработки, которая заключается в осуществлении последовательного дискретного съема материала путем фокусирования лазерного луча на выходной поверхности обрабатываемого материала по отношению к направлению распространения лазерного луча (фиг.4). Указанная схема предусматривает, что фокусировка лазерного луча 1 осуществляется на противоположенной стороне обрабатываемого материала 2. При этом характер образования лунок аналогичен приведенному ранее, за исключением того, что порог оптического пробоя выходной грани обрабатываемого материала ниже, чем входной, из-за интерференции падающей волны с отраженной.Also, for transparent materials used for laser radiation, a processing scheme is used, which consists in sequential discrete removal of material by focusing the laser beam on the output surface of the processed material with respect to the direction of propagation of the laser beam (Fig. 4). The indicated scheme provides that the focusing of the laser beam 1 is on the opposite side of the processed material 2. In this case, the nature of the formation of the holes is similar to that given above, except that the threshold of optical breakdown of the output face of the processed material is lower than the input one due to interference of the incident wave with reflected.

Такой подход предъявляет ряд условий: материал должен быть прозрачен для лазерного излучения; входная поверхность должна быть отполирована; наличие неоднородностей и свилей в объеме материала может привести к отклонению фокусируемого лазерного луча, в результате чего процесс обработки может протекать нестабильно. Вместе с тем, такая схема процесса формообразования позволяет формировать строго вертикальные поверхности, т.е. поверхности, параллельные направлению распространения лазерного луча, что в свою очередь позволяет, например, формировать узкие и одновременно глубокие отверстия в обрабатываемом материале.This approach presents a number of conditions: the material must be transparent to laser radiation; the entrance surface must be polished; the presence of inhomogeneities and swirls in the volume of the material can lead to deviation of the focused laser beam, as a result of which the processing process can be unstable. At the same time, such a scheme of the shaping process allows one to form strictly vertical surfaces, i.e. surfaces parallel to the direction of propagation of the laser beam, which in turn allows, for example, to form narrow and at the same time deep holes in the processed material.

Поскольку поверхность обрабатываемых материалов, таких как стекло и керамика, имеет дефекты и неоднородности, то для обеспечения регулярного оптического пробоя поверхности материала необходимо использовать импульсное лазерное излучение с энергией в импульсе, обеспечивающей стабильное образование оптического пробоя в зоне фокуса.Since the surface of the processed materials, such as glass and ceramics, has defects and inhomogeneities, to ensure regular optical breakdown of the material surface, it is necessary to use pulsed laser radiation with energy in a pulse, which ensures stable formation of optical breakdown in the focus area.

При осуществлении последовательного дискретного съема материала путем фокусирования лазерного луча на выходной поверхности обрабатываемого материала необходимо также учитывать поглощение лазерного излучения в объеме материала. Например, при вырезании сквозного отверстия в изделии из оптического стекла марки К8, толщиной 100 мм, необходимо поддерживать постоянство коэффициентов перекрытия KV и KH по глубине обработки, поскольку при начальной обработке выходной поверхности указанного изделия часть излучения (приблизительно 2-3%) будет поглощаться. Таким образом, назначенные параметры SV и SH при обработке выходной грани указанного изделия необходимо также уменьшать на 2-3%, а затем при приближении к входной грани увеличивать до назначенных величин по линейной зависимости. Данное обстоятельство является важным при обработке прозрачного листового материала большой толщины (>100 мм) и при обработке изделий из материалов с низким коэффициентом пропускания (меньше 0,9).When performing sequential discrete removal of material by focusing the laser beam on the output surface of the processed material, it is also necessary to take into account the absorption of laser radiation in the volume of material. For example, when cutting a through hole in a K8 optical glass product with a thickness of 100 mm, it is necessary to maintain a constant overlap coefficient K V and K H in the processing depth, since during the initial processing of the output surface of the specified product, part of the radiation (approximately 2-3%) will be absorbed. Thus, the assigned parameters S V and S H when processing the output face of the specified product must also be reduced by 2-3%, and then when approaching the input face, increase to the assigned values in a linear relationship. This circumstance is important when processing transparent sheet material of large thickness (> 100 mm) and when processing products from materials with a low transmittance (less than 0.9).

Примеры осуществления способаExamples of the method

Все приведенные примеры выполнены с помощью импульсного Nd:AИГ-лазера, работающего в режиме модуляции добротности, на длине волны 1,06 мкм с выделением центральной моды с помощь апертурной диафрагмы, с длительностью импульса 15 нс и энергией в импульсе 20 мДж. Фокусное расстояние фокусирующего объектива 56 мм.All the above examples were performed using a pulsed Nd: AIG laser operating in the Q-switched mode at a wavelength of 1.06 μm with the central mode extracted using an aperture diaphragm, with a pulse duration of 15 ns and a pulse energy of 20 mJ. The focal length of the focusing lens is 56 mm.

Обработке подвергалось листовое стекло марки M1 по ГОСТ 111-2001, ситалл марки СТ-50-1 по ОСТ 11-054.263-79 и оптическое стекло марки К8 по ГОСТ 3514-94.The sheet glass of the M1 brand according to GOST 111-2001, the glass metal of the ST-50-1 brand according to the OST 11-054.263-79 and the optical glass of the K8 brand according to GOST 3514-94 were subjected to processing.

Примеры 1, 2. Произведены вырезания двух отверстий в листовом стекле толщиной 4 мм: прямоугольного (1×3 мм) и эллиптического (1×3 мм) (фиг.5). Лазерный луч фокусировался на выходной поверхности обрабатываемого материала. Основное значение коэффициента перекрытия KH принималось 0,5, а для обеспечения разделения на угловых участках и участках скруглений с малыми радиусами использовался дополнительный коэффициент перекрытия КНД, равный 0,6. В частности, коэффициент перекрытия КНД использовался на угловых участках размером 0,2×0,2 мм при вырезании прямоугольного отверстия и на участках скруглений радиусом 0,25 мм при вырезании эллиптического отверстия. Расстояние между соседними лунками в пределах отдельного слоя SH составляло 0,024 и 0,03 мм для КНД и KH соответственно. Коэффициент перекрытия между соседними слоями KV составлял 0,6; расстояние между соседними слоями SV составляло 0,05 мм.Examples 1, 2. Cut out two holes in the sheet glass with a thickness of 4 mm: rectangular (1 × 3 mm) and elliptical (1 × 3 mm) (figure 5). The laser beam was focused on the output surface of the processed material. The main value of the overlap coefficient K H was taken to be 0.5, and to ensure separation in the corner sections and rounding sections with small radii, an additional overlap coefficient K ND of 0.6 was used. In particular, the overlap coefficient K ND was used in corner sections of 0.2 × 0.2 mm in size when cutting a rectangular hole and in rounding sections with a radius of 0.25 mm when cutting an elliptical hole. The distance between adjacent wells within an individual layer S H was 0.024 and 0.03 mm for K ND and K H, respectively. The overlap coefficient between adjacent layers K V was 0.6; the distance between adjacent layers S V was 0.05 mm.

Толщина удаляемого слоя материала 5 для обеспечения полного разделения обрабатываемого изделия 2 в данных и последующих примерах реализации способа, принималась 0,06 мм, что позволяло внутренней отделяемой части изделия 4 беспрепятственно удаляться (фиг.6).The thickness of the removed layer of material 5 to ensure complete separation of the workpiece 2 in the data and the following examples of the method, was taken 0.06 mm, which allowed the inner detachable part of the product 4 to be freely removed (Fig.6).

Пример 3. Вырезано прямоугольное отверстие 1×2 мм в пластинке ситалла, толщиной 1 мм. Параметры обработки: KH=0,8, КНД=0,85, KV=0,7, SH=0,01 мм, SНД=0,0075 мм, SV=0,02 мм. Лазерный луч фокусировался на входной поверхности обрабатываемого материала.Example 3. Cut a rectangular hole 1 × 2 mm in the plate of glass, a thickness of 1 mm Processing parameters: K H = 0.8, K ND = 0.85, K V = 0.7, S H = 0.01 mm, S ND = 0.0075 mm, S V = 0.02 mm. The laser beam was focused on the input surface of the processed material.

Пример 5. Получено комбинированное отверстие (фиг.7), состоящее из цилиндрической части диаметром 4 мм, переходящее в квадратную часть со стороной 2 мм. Вырезание производилось из листового стекла толщиной 3 мм.Example 5. Received a combined hole (Fig.7), consisting of a cylindrical part with a diameter of 4 mm, turning into a square part with a side of 2 mm Cutting was made from sheet glass 3 mm thick.

Параметры обработки:Processing Parameters:

- цилиндрическая часть: KH=0,5, KV=0,5, SH=0,03 мм, SV=0,05 мм;- cylindrical part: K H = 0.5, K V = 0.5, S H = 0.03 mm, S V = 0.05 mm;

- квадратная часть: KH=0,5, КНД=0,6, KV=0,5, К=0,7, SH=0,03 мм, SНД=0,024 мм, SV=0,05 мм, S=0,03 мм.- square part: K H = 0.5, K ND = 0.6, K V = 0.5, K VD = 0.7, S H = 0.03 mm, S ND = 0.024 mm, S V = 0 , 05 mm, S VD = 0.03 mm.

Лазерный луч фокусировался на выходной поверхности обрабатываемого материала. Процесс обработки состоял из двух этапов: 1) полное удаление цилиндрической части; 2) вырезание части отверстия квадратного сечения. При вырезании отверстия квадратного сечения в месте стыка с уже вырезанной частью круглого сечения использовались дополнительные коэффициенты перекрытия КНД и К.The laser beam was focused on the output surface of the processed material. The processing process consisted of two stages: 1) complete removal of the cylindrical part; 2) cutting out part of a hole of square section. When cutting a hole of a square section at the junction with an already cut part of a circular section, additional overlap coefficients K ND and K VD were used .

Пример 6. Получено комбинированное отверстие из листового стекла толщиной 4 мм, состоящее из цилиндрической части диаметром 2,5 мм, переходящее в коническую часть с углом схождения конуса 60 градусов (фиг.8).Example 6. Received a combined hole of sheet glass with a thickness of 4 mm, consisting of a cylindrical part with a diameter of 2.5 mm, turning into a conical part with an angle of convergence of the cone of 60 degrees (Fig. 8).

Параметры обработки:Processing Parameters:

- цилиндрическая часть: KH=0,5, КНД=0,6, KV=0,5, К=0,7, SH=0,03 мм, SНД=0,024 мм, SV=0,05 мм, S=0,03 мм;- cylindrical part: K H = 0.5, K ND = 0.6, K V = 0.5, K VD = 0.7, S H = 0.03 mm, S ND = 0.024 mm, S V = 0 , 05 mm, S VD = 0.03 mm;

- коническая часть: KH=0,5, КНД=0,6, KV=0,5, К=0,7, SH=0,03 мм, SНД=0,024 мм, SV=0,05 мм, S=0,03 мм.- conical part: K H = 0.5, K ND = 0.6, K V = 0.5, K VD = 0.7, S H = 0.03 mm, S ND = 0.024 mm, S V = 0 , 05 mm, S VD = 0.03 mm.

Лазерный луч фокусировался на выходной поверхности обрабатываемого материала.The laser beam was focused on the output surface of the processed material.

Пример 8. Получена деталь - винт М3 с с потайной головкой по ГОСТ 17475-80 (фиг.9). Параметры обработки: KH=0,5, КНД=0,6, KV=0,5, К=0,7, SH=0,03 мм, SНД=0,024 мм, SV=0,05 мм, S=0,03 мм.Example 8. The received part is a M3 screw with countersunk head according to GOST 17475-80 (Fig. 9). Processing parameters: K H = 0.5, K ND = 0.6, K V = 0.5, K VD = 0.7, S H = 0.03 mm, S ND = 0.024 mm, S V = 0, 05 mm, S VD = 0.03 mm.

Пример 9. Получено сквозное прямоугольное отверстие размером 1×1 мм в оптическом стекле марки К8 толщиной 25 мм. Параметры обработки: KH=0,6, КНД=0,7, KV=0,5, SН=0,025 мм, SНД=0,02 мм, SV=0,05 мм. Лазерный луч фокусировался на выходной поверхности обрабатываемого материала.Example 9. A through hole of 1 × 1 mm in size was obtained in optical glass of the K8 grade 25 mm thick. Processing parameters: K H = 0.6, K ND = 0.7, K V = 0.5, S N = 0.025 mm, S ND = 0.02 mm, S V = 0.05 mm. The laser beam was focused on the output surface of the processed material.

Пример 10. Произведено маркирование поверхности листового стекла (фиг.10). Надпись маркировки «ФХПиТ» осуществлялась в виде рельефа с глубиной 1,5 мм. Параметры обработки: KH=0,5, КНД=0,6, KV=0,5, К=0,7, SH=0,03 мм, SНД=0,024 мм, SV=0,05 мм, S=0,03 мм. Лазерный луч фокусировался на входной поверхности обрабатываемого материала.Example 10. Marking the surface of the sheet glass (figure 10). The inscription of the marking “FKhPiT” was carried out in the form of a relief with a depth of 1.5 mm. Processing parameters: K H = 0.5, K ND = 0.6, K V = 0.5, K VD = 0.7, S H = 0.03 mm, S ND = 0.024 mm, S V = 0, 05 mm, S VD = 0.03 mm. The laser beam was focused on the input surface of the processed material.

Claims (2)

1. Способ лазерного импульсного формообразования твердых неметаллических материалов, заключающийся в том, что импульсное лазерное излучение с энергией в импульсе, обеспечивающей образование оптического пробоя в зоне фокуса, направляют от импульсного лазера к обрабатываемому материалу и формируют разрушения в точках фокусировки, отличающийся тем, что используют импульсное лазерное излучение с длиной волны, лежащей или не лежащей в области прозрачности обрабатываемого материала, и осуществляют последовательный дискретный съем материала в виде отдельного слоя путем фокусирования лазерного луча на поверхности обрабатываемого материала и формирования группы лунок с переменным коэффициентом перекрытия, определяемым в диапазоне от 0,1 до 0,9, затем на обработанной поверхности осуществляют последовательный дискретный съем следующего отдельного слоя материала с переменным коэффициентом перекрытия между отдельными слоями, определяемым в диапазоне от 0,2 до 0,95.1. The method of laser pulsed shaping of solid non-metallic materials, which consists in the fact that pulsed laser radiation with energy in a pulse, which provides the formation of optical breakdown in the focus area, is directed from a pulsed laser to the processed material and form fractures at the focal points, characterized in that they are used pulsed laser radiation with a wavelength lying or not lying in the transparency region of the processed material, and carry out sequential discrete removal of the mother In the form of a separate layer by focusing the laser beam on the surface of the processed material and the formation of a group of holes with a variable overlap coefficient, determined in the range from 0.1 to 0.9, then on the treated surface carry out sequential discrete removal of the next separate layer of material with a variable overlap coefficient between the individual layers, defined in the range from 0.2 to 0.95. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что при использовании импульсного лазерного излучения с длиной волны, лежащей в области прозрачности обрабатываемого материала, осуществляют последовательный дискретный съем материала путем фокусирования лазерного луча на выходной или входной поверхности обрабатываемого материала по отношению к направлению распространения лазерного луча. 2. The method according to claim 1, characterized in that when using pulsed laser radiation with a wavelength lying in the transparency region of the processed material, sequential discrete removal of the material is carried out by focusing the laser beam on the output or input surface of the processed material in relation to the direction of laser propagation ray.
RU2009113480/03A 2009-04-13 2009-04-13 Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials RU2394780C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009113480/03A RU2394780C1 (en) 2009-04-13 2009-04-13 Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009113480/03A RU2394780C1 (en) 2009-04-13 2009-04-13 Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2394780C1 true RU2394780C1 (en) 2010-07-20

Family

ID=42685909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009113480/03A RU2394780C1 (en) 2009-04-13 2009-04-13 Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2394780C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103030266A (en) * 2011-10-04 2013-04-10 财团法人工业技术研究院 Laser cutting method and device
RU2612182C1 (en) * 2015-12-17 2017-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for laser processing of ductile tool from zirconium dioxide ceramics
RU2621245C1 (en) * 2015-12-17 2017-06-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics
US11362473B2 (en) 2016-09-26 2022-06-14 Saint-Gobain Glass France Device and method for producing a patterned functional coating for a glass layer

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Технологические процессы лазерной обработки. /Под ред. А.Г. Григорьянца - М.: изд. «МГТУ им. Баумана», гл.8, 2008, с.554-582. РЭДИ Д. Промышленное применение лазеров. - М.: Мир, с.436-443. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103030266A (en) * 2011-10-04 2013-04-10 财团法人工业技术研究院 Laser cutting method and device
CN103030266B (en) * 2011-10-04 2015-04-15 财团法人工业技术研究院 Laser cutting method and device
RU2612182C1 (en) * 2015-12-17 2017-03-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for laser processing of ductile tool from zirconium dioxide ceramics
RU2621245C1 (en) * 2015-12-17 2017-06-01 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВО "МГТУ "СТАНКИН") Method for laser processing cutting inserts made of oxide-carbide ceramics
US11362473B2 (en) 2016-09-26 2022-06-14 Saint-Gobain Glass France Device and method for producing a patterned functional coating for a glass layer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10179748B2 (en) Laser processing of sapphire substrate and related applications
EP3083515B1 (en) Processing 3d shaped transparent brittle substrate
US10442719B2 (en) Edge chamfering methods
EP3490945B1 (en) Methods for laser processing
KR102423775B1 (en) Laser processing of transparent materials
TWI653200B (en) Three-dimensional formation of glass
KR102584490B1 (en) Laser processing method and device for transparent materials
US10233112B2 (en) Laser processing of slots and holes
US10252931B2 (en) Laser cutting of thermally tempered substrates
US20180179100A1 (en) Laser cutting of display glass compositions
EP3452418B1 (en) Laser cutting and removal of contoured shapes from transparent substrates
JP2020073446A (en) Laser cut composite glass article
RU2394780C1 (en) Method of laser pulsed shaping of solid non-metal materials
CN113321412A (en) Method for separating a glass component and glass sub-component
US20180257170A1 (en) Controlled separation of laser processed brittle material

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110414