TW201609298A - 漩渦噴流之輔助加工裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係有關一種漩渦噴流之輔助加工裝置，其包括一工作容室、一雷射產生部及一漩渦噴流產生部。工作容室具有一第一端、一第二端、一環形筒壁及一中心軸。雷射產生部用以從第一端朝第二端打出一雷射光，而對一待加工物進行雷射加工。環形筒壁具有複數個進、排氣孔；其分別從第二端朝第一端的方向，依序一圈一圈的分佈。漩渦噴流產生部具有複數個進、排氣管；分別連通相對應之進、排氣孔，用以於環形筒壁內形成由下而上依序間隔分佈之進、排氣漩渦。進行雷射加工時產生之加工微屑將會被進氣漩渦及排氣漩渦之噴流所移動，最終由其中至少一排氣管離開工作容室。故，本案達到兼具加工微屑被帶走使得雷射光不會被阻擋，與漩渦噴流之排屑效果佳等優點。

Description

漩渦噴流之輔助加工裝置

本發明係有關一種漩渦噴流之輔助加工裝置，尤指一種兼具加工微屑被帶走使得雷射光不會被阻擋，與漩渦噴流之排屑效果佳之漩渦噴流之輔助加工裝置。

傳統對工件進行鑽孔加工的方式相當多，至少具有機械鑽孔加工與雷射鑽孔加工兩種。

關於以雷射光對工件進行鑽孔加工之技術，早已行之有年，然而，雷射光對工件鑽孔熱熔的過程會產生加工微屑；這些加工微屑容易遮蔽雷射光之照射，或是噴濺而附著在工件表面，極易造成加工積屑與粉塵等問題，進而影響加工效率，若工件是電路板，則這些加工微屑極易造成電路板短路。

參閱第八圖，傳統直噴流雷射輔助加工裝置係包括：一工作容室70，係具有一第一端71、一第二端72及一工作空間73，該第一端71係可透光；該第二端72係用以朝向一待加工物90進行雷射加工；該工作空間73具有至少一進氣區731及至少一排氣區732，用以供一直噴氣流73A噴進再噴出該工作空間73；一雷射產生部80，係用以產生一雷射光81，該雷射光81係從該第一端71打向該第二端72，用以對該待加工物90(假設厚度為1000μm)進 行雷射加工；藉此欲達到由該直噴氣流73A將進行雷射加工時產生之加工微屑噴離以提高雷射加工效率。

目前尚無較佳裝置可在不影響雷射加工過程排除加工微屑。有鑑於此，必需研發出可解決上述習用缺點之技術。

本發明之目的，在於提供一種漩渦噴流之輔助加工裝置，其兼具加工微屑被帶走使得雷射光不會被阻擋，與漩渦噴流之排屑效果佳等優點。特別是，本發明所欲解決之問題係在於雷射光對工件鑽孔熱熔的過程產生加工微屑；這些加工微屑容易遮蔽雷射光之照射，或是噴濺而附著在工件表面，極易造成加工積屑與粉塵等問題，進而影響加工效率，若工件是電路板，則這些加工微屑極易造成電路板短路。而目前尚無較佳裝置可在不影響雷射加工過程排除加工微屑等問題。

解決上述問題之技術手段係提供一種漩渦噴流之輔助加工裝置，其包括：一工作容室，係具有一第一端、一第二端、一環形筒壁及一中心軸；該第一端11係可透光；該第二端係用以朝向一待加工物而進行雷射加工；該環形筒壁具有至少一進氣區及至少一排氣區，該進、該排氣區分別設有複數個進氣孔及複數個排氣孔；一雷射產生部，係用以產生一雷射光，該雷射光係從該第一端打向該第二端，用以對該待加工物進行雷射加工；一漩渦噴流產生部，係具有複數個進氣管及複數個排氣管； 該複數個進氣管係連通相對應之該複數個進氣孔，用以於該進氣區內產生一進氣漩渦；該複數個排氣管係連通相對應之該複數個排氣孔，用以在該排氣區內之產生一排氣漩渦；藉此，進行雷射加工時產生之加工微屑將會被該進氣漩渦及該排氣漩渦之噴流所移動，最終由其中至少一排氣管離開該工作容室。

本發明之上述目的與優點，不難從下述所選用實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入瞭解。

茲以下列實施例並配合圖式詳細說明本發明於後：

10、70‧‧‧工作容室

11、71‧‧‧第一端

12、72‧‧‧第二端

13‧‧‧環形筒壁

13A、731‧‧‧進氣區

13B、732‧‧‧排氣區

131‧‧‧進氣孔

132‧‧‧排氣孔

20‧‧‧雷射產生部

21、81‧‧‧雷射光

30‧‧‧漩渦噴流產生部

31‧‧‧進氣管

32‧‧‧排氣管

73‧‧‧工作空間

73A‧‧‧直噴氣流

80‧‧‧雷射產生部

90‧‧‧待加工物

91‧‧‧加工微屑

X‧‧‧中心軸

P1‧‧‧第一位置

P2‧‧‧第二位置

P3‧‧‧第三位置

P4‧‧‧第四位置

L1‧‧‧第一曲線

L2‧‧‧第二曲線

L3‧‧‧第三曲線

LA‧‧‧第一直條

LB‧‧‧第二直條

LC‧‧‧第三直條

第一A圖係本發明之第一應用例之示意圖

第一B圖係本發明之第二應用例之示意圖

第二A圖係第一A圖之剖視圖

第二B圖係第一B圖之剖視圖

第三圖係本發明之應用於雷射加工之示意圖

第四A圖係本發明之進氣漩渦之示意圖

第四B圖係本發明之排氣漩渦之示意圖

第五圖係本發明之加工微屑移動之示意圖

第六A、第六B、第六C及第六D圖係分別為第五圖之加工微屑漩渦移至四個不同位置之示意圖

第七A、第七B及第七C圖係分別為本發明之加工微屑排屑前由團狀慢慢拉長至不同長度(最後排出)之示意圖

第八圖係傳統直噴流輔助雷射加工之示意圖

第九圖係分別為漩渦噴流輔助、直噴流輔助、無噴流輔助之雷射鑽孔加工進度之曲線圖

第十圖係分別為第九圖之漩渦噴流輔助、直噴流輔助、無噴流輔助對應雷射發數之長條圖

參閱第一A及第二A圖，本發明係為一種漩渦噴流之輔助加工裝置，其包括：一工作容室10，係具有一第一端11、一第二端12、一環形筒壁13及一中心軸X(如第四A及第四B圖所示)；該第一端11係可透光；該第二端12係用以朝向一待加工物90而進行雷射加工；該環形筒壁13具有至少一進氣區13A及至少一排氣區13B，該進、該排氣區13A與13B分別設有複數個進氣孔131及複數個排氣孔132；一雷射產生部20，係用以產生一雷射光21，該雷射光21係從該第一端11打向該第二端12，用以對該待加工物90進行雷射加工(如第三圖所示)；一漩渦噴流產生部30，係具有複數個進氣管31及複數個排氣管32；該複數個進氣管31係連通相對應之該複數個進氣孔131，用以於該進氣區13A內產生一進氣漩渦(如第四A圖所示)；該複數個排氣管32係連通相對應之該複數個排氣孔132，用以在該排氣區13B內之產生一排氣漩渦(如第四B圖所示)；藉此，進行雷射加工時產生之加工微屑91(參閱第五圖)將會 被該進氣漩渦及該排氣漩渦之噴流所移動，最終由其中至少一排氣管32(亦即該排氣孔132)離開該工作容室10(參閱第七C圖，加工微屑91排屑前由團狀被氣流慢慢拉長，最後排出)。

實務上，該工作容室10可為空心筒狀結構。

該第一端11係設一透光之玻璃，用以使該第一端形成封閉空間，避免漩渦流從頂端流出，而是要由其中至少一排氣管32(亦即該排氣孔132)排開該工作容室10。

該第二端12係供該雷射光21穿出之加工孔部，用以對該待加工物90進行雷射加工。

該環形筒壁13內係為一工作空間。

該進氣區13A係設複數個；該排氣區13B係設複數個；該進、該排氣區13A及13B係由下而上，依序一圈一圈的間隔分佈於該環形筒壁13上。亦即，由下而上(從該第二端12朝該第一端11的方向)，依序為一圈進氣區13A、一圈排氣區13B、一圈進氣區13A、、、、依此類推。

該複數個進氣管31及該複數個排氣管32之方向係為該中心軸X之切線方向；而可分別於該工作空間內產生該進氣漩渦與該排氣旋渦之漩渦狀流動。

參閱第一B及第二B圖，該工作容室10之第二端12可概呈擴管狀(管壁成斜面)，藉此，可用以加強進氣氣流之漩渦效果，使進氣氣流一進到內部，直接撞到對面的斜面管壁，氣流沿著斜面旋轉，且愈接近該待 加工物90的方向面積愈大，更加強漩渦效果，漩渦往下帶起加工微屑，再利用抽氣效果將加工微屑往上抽取。

關於本發明之動作過程係可分為以下兩個部分進行說明：

[a]雷射加工：啟動該雷射產生部20，該雷射產生部20發出該雷射光21，該雷射光21從該第一端11朝該第二端12，照射至該待加工物90而進行雷射加工，且於加工過程產生加工微屑91。

[b]渦流排屑：關於渦流排屑部分，係由設於該環形筒壁13上，由下而上、依序概呈圈狀、間隔分佈的該複數個進氣區13A與該複數個排氣區13進行說明：進氣部分：該每一進氣區13A皆由該複數個進氣管31朝相對應之該複數個進氣孔131進氣，且由於該複數個進氣管31之方向係為該中心軸X之切線方向；而可分別於該環形筒壁13之工作空間內產生進氣漩渦。

排氣部分：該每一排氣區13B皆由該複數個排氣孔132朝相對應之該複數個排氣管32出氣，同樣由於該複數個排氣管32之方向係為該中心軸X之切線方向；而可分別於該環形筒壁13之工作空間內產生排氣漩渦。

若以電腦進行模擬，當雷射加工之一瞬間工件表面被熱融且有1000個(假設)顆粒(即該加工微屑91)向上噴出，由下而上的每一圈進氣漩渦，都會被上面相鄰的排氣漩渦帶動而朝上流動，藉此，帶動該環形筒壁壁13內的加工微屑91。從該第二端12朝該第一端11的方向，概呈漩渦狀移動(如第五、第六A、第六B、第六C及第六D圖所示，該加工微屑91從一第一位置P1依序呈漩渦狀移動至一第二位置P2、一第三位置P3及一第四位置P4，當然，前述四個位置只是舉例而已，實際上在漩渦狀移動過程中，其移動 位置是不固定的)。

最後，從該其中至少一個排氣孔132朝相對應之該排氣管32排出，特別是，在排屑時，由於氣流吸引，這1000個顆粒(即該加工微屑91)由原本集中在一點的團狀，會慢慢變長(此表示這1000個顆粒分散開而呈長條狀，因各顆粒之移動速度不同)，如第七A、第七B至第七C圖所示，從較短的條狀慢慢變成較長的條狀，最後完全排出(圖面未示)，這代表此電腦模擬成功的驗證該加工微屑91確實會在極短的時間螺旋而上再被排出。

舉例來講，以實際實驗進行說明，假設該待加工物90之厚度為1000μm，則當孔深達到1000μm，即完成穿孔加工，參閱第九圖及下表一：

亦即，如第九圖所示，以傳統的未噴氣輔助(第三曲線L3) 、公知的直噴流輔助(第二曲線L2)與本發明之漩渦噴流輔助(第一曲線L1)進行比較，本發明在雷射發出第35發(參閱第十圖的第一直條LA)，即完成穿孔，其餘兩種方式均未達成穿孔加工，本發明之設計對雷射加工確有最佳之輔助。

若比較第九圖之第一、第二及第三曲線L1、L2與L3與表一之數據可發現，在固定的雷射發數(35發)之下，本案都比公知直噴流或是未噴氣輔助之加工效率為優。

當以第九圖之實驗持續進行下去，直噴流輔助需53發雷射(參閱第十圖的第二直條LB)才可穿孔，至於未噴氣輔助則需184發雷射(參閱第十圖的第三直條LC)才可穿孔，差異相當大。

本發明之優點及功效係如下所述：

[1]加工微屑被帶走使得雷射光不會被阻擋。傳統之雷射加工微屑容易殘留於雷射光之路徑中，會阻擋雷射光對工件之照射，影響雷射加工之效能。反觀本案可快速將雷射加工產生之加工微屑先偏離(漩渦排屑偏離雷射之直線照射)雷射光之路徑，再以螺旋而上之方式被快速帶走，使得雷射光不會被阻擋。

[2]漩渦噴流之排屑效果佳。由於漩渦噴流之漩渦狀之流動速度極高，加上本案之複數個進氣管及複數個排氣管設計，可使加工微屑被高速之漩渦噴流帶走，排屑速度極快，整體而言排屑效果極佳。

以上僅是藉由較佳實施例詳細說明本發明，對於該實施例所做的任何簡單修改與變化，皆不脫離本發明之精神與範圍。

10‧‧‧工作容室

11‧‧‧第一端

12‧‧‧第二端

13‧‧‧環形筒壁

13A‧‧‧進氣區

13B‧‧‧排氣區

20‧‧‧雷射產生部

21‧‧‧雷射光

30‧‧‧漩渦噴流產生部

31‧‧‧進氣管

32‧‧‧排氣管

90‧‧‧待加工物

Claims (9)

1. 一種漩渦噴流之輔助加工裝置，係包括：一工作容室，係具有一第一端、一第二端、一環形筒壁及一中心軸；該第一端係可透光；該第二端係用以朝向一待加工物而進行雷射加工；該環形筒壁具有至少一進氣區及至少一排氣區，該進、該排氣區分別設有複數個進氣孔及複數個排氣孔；一雷射產生部，係用以產生一雷射光，該雷射光係從該第一端打向該第二端，用以對該待加工物進行雷射加工；一漩渦噴流產生部，係具有複數個進氣管及複數個排氣管；該複數個進氣管係連通相對應之該複數個進氣孔，用以於該進氣區內產生一進氣漩渦；該複數個排氣管係連通相對應之該複數個排氣孔，用以在該排氣區內之產生一排氣漩渦；藉此，進行雷射加工時產生之加工微屑將會被該進氣漩渦及該排氣漩渦之噴流所移動，最終由其中至少一排氣管離開該工作容室。
2. 如申請專利範圍第1項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該工作容室係為空心筒狀結構。
3. 如申請專利範圍第1項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該第一端係設一透光之玻璃。
4. 如申請專利範圍第1項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該第二端係供該雷射光穿出之加工孔部，用以對該待加工物進行雷射加工。
5. 如申請專利範圍第1項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該環 形筒壁內係為一工作空間。
6. 如申請專利範圍第1項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該進氣區係設複數個。
7. 如申請專利範圍第6項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該排氣區係設複數個。
8. 如申請專利範圍第7項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該進、該排氣區係由下而上，從該第二端部朝該第一端部的方向，依序一圈一圈的間隔分佈於該環形筒壁上。
9. 如申請專利範圍第8項所述之漩渦噴流之輔助加工裝置，其中，該複數個進氣管及該複數個排氣管之方向係為中心軸之切線方向；而可分別於該工作空間內產生該進氣漩渦與該排氣旋渦之漩渦狀流動。