TW201700206A

TW201700206A - 液體雷射耦合系統及液體雷射加工裝置

Info

Publication number: TW201700206A
Application number: TW104119798A
Authority: TW
Inventors: you-xin Su; pin-cong Zheng
Original assignee: Gongin Precision Industries Co Ltd
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2017-01-01
Also published as: TWI571344B

Abstract

一種液體雷射耦合系統，包含：一雷射聚焦單元、一流道單元，及一定壓供液單元。該流道單元包括一導流管柱，該定壓供液單元具有一用以儲存一液體的第一定壓儲液裝置，及至少一組分別與該第一定壓儲液裝置及該導流管柱連通，並可形成毛細作用的第一微通道，令通過該第一微通道的液體形成定壓且流速固定的毛細液體，更可提供一穩壓且穩定的穩態液體射流至該導流空間。此外，本發明還同時提供一種具有該液體雷射耦合系統的液體雷射加工裝置。

Description

液體雷射耦合系統及液體雷射加工裝置

本發明是有關於一種雷射耦合系統及雷射加工裝置，特別是指一種液體雷射耦合系統及液體雷射加工裝置。

隨著醫療、半導體、生技、或功能性超硬材料加工等領域的技術發展，對微結構加工的需求及精度的也要求愈來愈高，因此，發展出適合的加工方式，以滿足此超微細加工(<1微米)的需求，是業者不斷研究的方向。

雷射已廣泛的應用於不同材料的待加工物件的表面加工、穿孔、切割或焊接等用途。其主要是利用讓雷射光束聚焦到待加工物件，令其達成預定雷射能量強度後，對待加工物件進行加工。然而，因為雷射光束聚焦後的焦點無法避免的會有軸向擴散的問題，且在加工過程也會因為瞬間高熱，而在待加工物件產生熱區，以及加工後產生的熔屑等問題，而會影響材料(待加工物件)原有的物性及機械性能，以及加工精確度無法滿足的缺點。因此，液體雷射加工技術，是用以克服前述問題，可滿足微細加工需求的不二考量之技術首選。

液體雷射加工(Water-jet Guided Laser Micromachining)主要是利用液體(主要是水)輔助雷射，讓雷射光束耦合至高速微細水射流(water-jet)中，再利用雷射於水及空氣的折射率差異，讓雷射光束於水射流間形成全反射，更可讓雷射光束經由水射流的導引來對待加工物件進行加工。由於可將雷射光束侷限在水射流間，因此，可降低軸向擴散；此外，由於加工過程可在該待加工物件表面產生一層水膜，所以可減少熱區產生，且加工產升的熔屑也可經由水帶走，因此，液體雷射加工技術可展現優異的加工品質。

一般液體雷射加工裝置會包含一雷射聚焦單元、及一水射流產生單元。該雷射聚焦單元主要是用以產生一特定波長的雷射光束，並將該雷射光束聚焦至該水射流產生單元。該水射流產生單元則是用以產生一與該雷射光束耦合的水射流，用以導引該雷射光束到一待加工物件之表面。而經研究指出，用以導引雷射光束的”水射流”的品質，是影響液體雷射加工的一項重要因素。用以導引雷射光束的水射流必須是層流狀態，才能穩定的導引雷射光束，而得到良好的加工品質，此外，水射流的直徑愈小，則加工的品質愈好。因此，如何產生直徑小且穩定的水射流則是液體雷射加工的一重要技術門檻。

美國第US5902449號專利，揭示利用一具有通孔的盤狀(disk-shape)流道，及一設置於該流道下的噴嘴(nozzle block)，且該噴嘴具有一與該流道的通孔連通的噴嘴通道(nozzle duct)，讓液體經由該環狀流道通過該噴嘴通道而產生一可用以導引雷射光束的水射流。另外，國際專利公開號WO9956907(A1)申請案，則揭示利用一具有射線聚焦錐的流道的結構設計，讓水射流先流經該射線聚焦錐，藉由該射線聚焦錐將液體分成多條相同、依徑向流入且角度保持等距離的分流，使其形成的液體可無流動旋渦地分流進入該噴嘴通道，而形成一穩定的連續液體射流。此外，美國專利第US2012/0152919A1公開號申請案，則揭示另一種利用流道(laminar flow forming channel)的結構設計，而得到穩定水射流的方法。該流道(laminar flow forming channel)具有一位於噴嘴(nozzle block)上方並具有預定深度的液體儲存腔(liquid reservoir chamber)、一端與該液體儲存腔連通的內通道(interconnecting channel)，及一與該內通道的另一端連通的分配通道(distribution channel)，該分配通道與該內通道為沿該噴嘴(nozzle block)的中心軸線分佈的環狀通道，藉由該流道的設計，讓進入該液體儲存腔的液體可為穩定的層流液體，而可提供一穩定的液體通過該噴嘴通道，以得到一穩態的連續水射流。

然而，前述均是在改善讓進入該噴嘴通道的水射流可不具流動旋渦、穩定地通過該噴嘴通道，以提供一可穩定導引雷射的連續液體射流。然而，事實上，當水射流進入該噴嘴通道時，另一影響水射流連續性的關鍵在於該噴嘴通道的口徑。由於在加工密度及加工精細度(<10微米)要求愈來愈高的條件下，為了要能形成直徑較小的水射流，其所使用的噴噴通道的直徑相對就要較小。然而，受到液體動力學的限制，當一液體通過一預定孔徑的噴嘴通道，還可形成一連續的液體射流，該孔徑的極限約在10微米。因此，當噴嘴通道的孔徑小於10微米時，通過該噴嘴通道的液體會中斷或形成液滴，無法形成穩定且連續的液體射流，因此，除了要能提供穩態的連續液體射流外，如何進一步控制形成可符合微細加工精度要求之穩態連續射流，則是發明人致力研究創新的重點。

因此，本發明之目的，即在提供一種液體雷射耦合系統。

於是本發明的該液體雷射耦合系統，包含：一雷射聚焦單元、一流道單元，及一定壓供液單元。

該雷射聚焦單元用以將一雷射光聚焦。

該流道單元包括一導流管柱，該導流管柱界定出一導流空間，具有彼此反向的一入口及一出口，且該導流管柱位於該導流空間的表面具有反射特性。

該定壓供液單元具有一第一定壓儲液裝置，及至少一組第一微通道，該第一定壓儲液裝置用以儲存一液體，該至少一組第一微通道分別與該第一定壓儲液裝置及該導流管柱連通，且與該導流管柱為對稱設置，其中，該至少一組第一微通道的內徑為具有可與該液體產生毛細作用的徑寬，該液體可經由該至少一組第一微通道以毛細作用形成一穩壓穩定液體至該導流空間並匯聚成一毛細射流，其中，經聚焦後的該雷射光束會由該入口進入該導流空間並與該毛細射流耦合，朝向該出口方向行進。

此外，本發明之另一目的，即在提供一種用以對一待加工物進行加工的液體雷射加工裝置。

於是本發明的該液體雷射加工裝置包含：一如前項所述的該液體雷射耦合系統，及一加工控制系統。

該加工控制系統具有一工作台及一自動控制單元，該工作台具有一吸附件，該待加工物經由該吸附件固設於該工作台上，並位於該液體雷射耦合系統的該導流管柱的出口下方的一預定距離，該自動控制單元與該工作台電訊號連接，用以控制該工作台移動。

又，本發明之再一目的，即在提供一種用以對一待加工物進行加工的液體雷射加工裝置。

於是本發明的該液體雷射加工裝置包含：一加工頭，及一自動控制系統。

該加工頭包含一殼體，及一如前項所述的該液體雷射耦合系統，且該液體雷射耦合系統為固設於該殼體。

該自動控制系統與該加工頭為電訊號連接，用以控制該加工頭移動。

本發明之功效在於：利用一可形成毛細作用的第一微通道，令通過該第一微通道的液體形成定壓且流速固定的毛細液體，而可提供一穩壓且穩定的穩態液體射流至該導流空間。

100‧‧‧加工控制系統

11‧‧‧工作台

111‧‧‧載座

112‧‧‧吸附件

12‧‧‧自動控制單元

200‧‧‧液體雷射耦合系統

2‧‧‧雷射聚焦單元

21‧‧‧震盪器

211‧‧‧光纖

22‧‧‧光學聚焦元件

221‧‧‧準直透鏡

222‧‧‧聚焦透鏡

23‧‧‧雷射光束

3‧‧‧流道單元

31‧‧‧導流管柱

311‧‧‧入口

312‧‧‧出口

313‧‧‧導流空間

314‧‧‧反射層

32‧‧‧透明蓋

33‧‧‧毛細光纖

331‧‧‧固定部

332‧‧‧延伸部

34‧‧‧穩壓腔

341‧‧‧腔體

342‧‧‧容置空間

343‧‧‧開孔

35‧‧‧噴嘴

351‧‧‧本體

352‧‧‧噴嘴流道

353‧‧‧內塊體

4‧‧‧定壓供應單元

41‧‧‧第一定壓儲液裝置

42‧‧‧第一微通道

43‧‧‧定壓馬達

431‧‧‧微通道

432‧‧‧流道

433‧‧‧外襯套

434‧‧‧毛細管

44‧‧‧第二定壓儲液裝置

45‧‧‧第二微通道

46‧‧‧輸入件

5‧‧‧氣體供應單元

51‧‧‧儲氣槽

52‧‧‧導氣道

6‧‧‧超臨界流體供應單元

61‧‧‧高壓儲氣槽

62‧‧‧導流道

300‧‧‧加工頭

301‧‧‧殼體

400‧‧‧自動控制系統

X‧‧‧軸線

901、902‧‧‧待加工物

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的較佳實施例詳細說明中清楚地呈現，其中：圖1是一示意圖，說明本發明液體雷射加工裝置的第一實施例；圖2是一示意圖，說明本發明該第一實施例中，該等微通道的另一態樣；圖3是一示意圖，說明本發明該第一實施例中，該流道單元還具有一毛細光纖的結構態樣；圖4是一示意圖，說明本發明液體雷射加工裝置的第二實施例；圖5是一示意圖，說明本發明液體雷射加工裝置的第三實施例；圖6是一示意圖，說明本發明該第三實施例中，該流道單元還具有一毛細光纖的結構態樣；圖7是一示意圖，說明本發明液體雷射加工裝置的第四實施例；圖8是一示意圖，說明本發明液體雷射加工裝置的第四實施例，該定壓供液單元還具有輸入件，及該導流單元還具有毛細光纖的態樣；及圖9是一示意圖，說明本發明液體雷射加工裝置的第五實施例。

本發明的液體雷射加工裝置，可應用在例如醫療、半導體、生物、微電子、功能性超硬材料加工等不同領域，用以對一待加工物進行表面處理、穿孔、切割、焊接等細微加工。該待加工物視應用領域而可對不同材料進行加工，並無特別限制，只要可利用雷射進行表面處理或加工即可。

參閱圖1，圖1為本發明液體雷射加工裝置的一第一實施例，該液體雷射加工裝置包含一加工控制系統100及一液體雷射耦合系統200。該待加工物901為設置於該加工控制系統100上，並與該液體雷射耦合系統200成一預定距離。

該加工控制系統100具有一工作台11及一自動控制單元12，該工作台11具有一載座111及一吸附件112，該吸附件112可為利用真空或是黏膠方式吸附，該待加工物901經由該吸附件111的吸附而可移除的固設於該載座111上，並位於該液體雷射耦合系統200下方的一預定距離。該自動控制單元12可為CNC或CAM(Computer Aided Manufacturing)等電腦控制軟體系統，與該工作台11電訊號連接，用以控制該載座111以一預定的軌跡移動(2維或3維方向移動)，而可將該待加工物901以預定模式加工。由於可以2維或3維方式移動的該工作台11的細部結構，及用以控制該工作台11移動的自動控制單元12，為加工領域技術業者所周知，因此不再多加說明。

該液體雷射耦合系統200包含：一雷射聚焦單元2、一流道單元3，及一定壓供應單元4。

該雷射聚焦單元2是用以產生一雷射光。詳細的說，該雷射聚焦單元2包括一震盪器21，及一光學聚焦元件22。該雷射震盪器21是用以產生該具有預定波長的雷射光，該雷射光則經由光纖211導引至該光學聚焦元件22。該光學聚焦元件22為具有至少一個(圖1中僅簡示1個)可用以將該雷射光束轉變成平行光的準直透鏡221(collimator lens)，及至少一個(圖1中僅簡示1個)用以將經過該準直透鏡221的平行光再加以聚焦的聚焦透鏡222(condensing lens)，利用該等準直透鏡221及聚焦透鏡222的厚度及距離等的調控，讓經過該光學聚焦元件22的雷射光聚焦而形成一具有預定直徑(<1微米)的雷射光束23。

進一步說，由於該雷射光束23會與一液體射流耦合，為了避免該雷射光束23在與液體射流耦合的過程被吸收，而造成能量的耗損，因此，該雷射光束23是選自不易被該液體吸收的波長。由於該液體最常使用的是水，而水對波長介於200~1100奈米的電磁波有較低的吸收係數，因此，較佳地，該雷射光束23的波長介於200~1100奈米，較佳地，該雷射光束23的波長介於200~600奈米。又，為了避免因該雷射光束23的能量過強，反而造成與該雷射光束23耦合的液體射流被氣化，而造成液體射流產生不連續的問題，因此，可利用脈衝頻率的控制，以減少該雷射光束23的累積能量，或是選用波長介於400~600奈米的雷射光。於本第一實施例中，該雷射聚焦單元2是選自可產生波長為532奈米的Nd：YAG固態雷射，雷射輸出功率為10~300W。

該流道單元3包括一界定出一導流空間313的導流管柱31，及一透明蓋32。該導流管柱31具有彼此反向的一入口311及一出口312，該導流管柱31位於該導流空間313的內壁面具有反射特性，且該透明蓋32為蓋設該導流管柱31的該入口311。該雷射光束23會通過該透明蓋32，經由該入口311進入該導流空間313朝向該出口312方向行進。具體的說，該導流管柱31位於該導流空間313的表面可以濺鍍或蒸鍍等方式形成一層由類鑽石薄膜構成的反射層314，而讓該導流管柱31位於該導流空間313的表面可具有反射特性，此外，要說明的是，該導流管柱31可依據加工尺寸而更換成不同的管徑因應。

該定壓供應單元4具有一第一定壓儲液裝置41，一組第一微通道42，及一定壓馬達43。

該第一定壓儲液裝置41用以儲存一自該定壓馬達43輸入的液體。

該組第一微通道42分別與該第一定壓儲液裝置41及該導流空間313連通。該組第一微通道42具有至少兩條成對稱方式與該導流空間313連通的微通道421，且該微通道421的內徑為可與該液體產生毛細作用的徑寬，而可令該液體可以毛細作用形成一穩壓穩定液體至該導流空間313。較佳地，該等微通道421為選自與該液體具有相同極性的材料構成，而可與該液體有較佳的親和性；更佳地，為了可具有較佳的毛細管特性，該等微通道421的內徑不大於200微米；又更佳地，該等微通道421的內徑不大於150微米。

要說明的是，該等微通道421與該導流管柱31的設置角度並無特別限制，可以是與該導流管柱31垂直設置，或是以仰角或是俯角設置均可。當該等微通道421與該導流管柱31為以俯角設置時，流經該等微通道421的液體會同時受到重力及毛細力的作用；以仰角設置時，則流經該等微通道421的液體的流動主要會受到毛細力的作用。較佳地，以一垂直該導流管柱31的水平線為準，該等微通道421與該導流管柱31的設置角度為±75°。再要說明的是，該第一微通道42也可以是有多組，當具有多組第一微通道42時，則每一組該第一微通道42可以上、下排列的方式與該導流空間313連通。圖1是以一組第一微通道42，且該組第一微通道42為具有兩條自該導流管柱31的相對稱兩側以俯角設置，並與該導流空間313連通的微通道421，因為該等微通道421呈對稱分佈，故圖1中僅顯示其中一條微通道421。

該定壓馬達43可自外界輸入該液體至該第一定壓儲液裝置41，並可依據操作時該液體輸出的流量，控制令該第一定壓儲液裝置41內的該液體維持一固定高度(深度)，而可維持固定壓力。較佳地，為了避免輸入至該第一定壓儲液裝置41的該液體的壓力過大，而讓毛細管流產生氣泡或是較大的擾動，該液體的壓力為控制在不大於 3Bar，且為了讓該液體於經過該第一微通道42時可形成一穩定穩壓的穩態流，該液體應為一不可壓縮流，具體的說，該液體是控制在雷諾數約為100時，韋伯數不大於10，且馬赫數(Mach Number)不大於0.2為最佳狀態。

前述該光學聚焦元件22及該流道單元3為固定封裝於一殼體(圖未示)，而形成一工作頭。當利用前述本發明該液體雷射加工裝置對該待加工物901進行加工處理時，可將該待加工物901設置於該加工控制系統100上，接著利用該定壓供應單元4，將儲存於該第一定壓儲液裝置41中具有預定高度(壓力)的該液體，藉由該第一微通道42形成一穩態連續毛細管流至該導流空間313，並經耦合後形成一毛細射流，之後，開啟該雷射聚焦單元2，令聚焦後的該雷射光束23經由該入口311進入該導流空間313並與該毛細射流耦合，讓該雷射光束23經由該毛細射流導引朝向該出口312方向行進，而對設置於該出口312下方的該待加工物901進行加工。

本發明該液體雷射耦合系統200係利用於該第一定壓儲液裝置41中先預儲存一具有預定固定壓力的液體，接著利用該等微通道421，讓通過該等微通道421的該液體形成一定壓且等流速的連續毛細管流，而進入該導流空間313的連續毛細管流耦合後即可形成一穩定且連續的毛細射流。由於該連續毛細管流是經由該等微通道421直接進入該導流空間313中，因此，該毛細射流的直徑可直接利用該等微通道431的直徑直接調整；此外，通過該等微通道421的液體因為是毛細管流，不會因為該等微通道421的管徑過小(例如<10微米)而有不連續或成水滴的問題，因此，不僅可提供一穩定、連續且直徑可極小(<10微米)的毛細射流供導引該雷射光束23，還可解決習知液體因為須先經過噴嘴流道，受限於液體動力學極限，而無法於噴嘴流道小於10微米時提供穩態連續射流的問題。

參閱圖2，值得一提的是，該等微通道421除了可以是具有單一管徑的結構之外，其中至少一個微通道421也以是具有如圖2所示的毛細管叢結構。該具有毛細管叢結構的微通道421，為具有一界定出一流道的外襯套422，及多根內設置於該流道的毛細管433。藉由該等毛細管423的設置，除了可供應穩態的毛細管流之外，該等毛細管423及毛細管423之間的空隙還可做為該液體雷射耦合系統運作時，於該導流管柱31產生之氣體排出的氣體通道。

參閱圖3，再值得一提的是，本發明該第一實施例中，該流道單元3還可具有一毛細光纖33，該毛細光纖33可為實心或空心，是由令該雷射光束23可產生全反射的材料構成，而可將該雷射光束23進一步拘束於該毛細光纖33中。

詳細的說，該毛細光纖33具有一固定部331，及一延伸部332，該固定部331可為錐狀或平板狀，固設於該導流管柱31上，該延伸部332自該固定部331的中心軸向延伸並位於該導流空間313，且直徑介於0.1~20微米。較佳地，該延伸部332遠離該固定部331的末端會內縮成錐狀。要說明的是，當該流道單元3具有該毛細光纖33且該固定部331為平板狀時，該固定部331還可同時做為該透明蓋32。當設有該毛細光纖33時，該雷射光束23會聚焦於該固定部331的表面，並經由該延伸部332通過該入口311而進入該導流空間313，而經由該組第一微通道43進入該導流空間313的連續毛細管流則會於該延伸部332匯合後，沿該延伸部332形成一穩定且連續的毛細射流，而將該雷射光束23導引向該出口312發出。較佳地，該毛細光纖33為具有親水性，而可與該液體有較佳的親和性。

參閱圖4，本發明液體雷射加工裝置的一第二實施例，其結構大致與該第一實施例雷同，不同處在於該液體雷射耦合系統還包含位於該定壓供應單元4及該出口312之間的一氣體供應單元5，及一超臨界流體供應單元6。

該氣體供應單元5具有一儲氣槽51，及至少二條與該導流管柱31連通的導氣道52，該儲氣槽51為用以儲存一惰性氣體，該等導氣道52為對稱設置，可用以將該惰性氣體提供至該導流空間313。該惰性氣體為選自不影響且不吸收該雷射光束23能量的氣體，適用於本發明該第二實施例的惰性氣體為氦氣(He)，屬最佳氣體。

詳細的說，由於該導流空間313有毛細射流產生時，毛細射流與該導流管柱31的內壁面之間會產生壓差，因此，經由該氣體供應單元5導入的氣體會沿著該毛細射流的外圍分佈成一阻隔氣體層(圖未示)，而可藉由氣體與液體的折射率差，將該雷射光束23更進一步地侷限在該阻隔氣體層中，並達成拘束(constrain)該毛細射流，維持水束完整性的目的。

該超臨界流體供應單元6具有一高壓儲氣槽61，及至少二條與該導流管柱31連通的導流道62，該高壓儲氣槽61用以儲存一超臨界流體，該等導流道62為對稱設置且可用以將該超臨界流體提供至該導流空間313並與該毛細射流耦合。由於本發明用以導引該雷射光束23的液體為毛細射流，該毛細射流雖可達成穩定且連續的目的，但是，因毛細射流提供的液體流量較小，因此，考量後續加工時若須利用該毛細射流作為冷卻及加工殘渣清除的效率，本案還可藉由導入超臨界流體於該導流空間313，由於超臨界流體具有液氣態的特性，因此，利用該超臨界流體可用以輔助毛細射流水量的不足，提升加工殘渣清除的效率；此外，利用超臨界流體的低溫特性還可有效輔助加工過程的冷卻，減少熱區的產生，而提升加工品質。考量超臨界流體的溫度及加工操作的便利性，適用於本發明的超臨界流體為選自二氧化碳(CO₂)超臨界流體、氧化氮(N₂O)超臨界流體，或乙烯(C₂H₄)超臨界流體。

此外，要說明的是，該氣體供應單元5及該超臨界流體供應單元6的設置順序並沒有特別限制，只要是設置在定壓供應單元4的下方即可。而要再說明的是，該氣體供應單元5及該超臨界流體供應單元6也可以視加工條件的需求而選擇僅擇一設置即可，並不須同時存在。因為該等導氣道52及導流道62為對稱設置，因此，圖4只顯示其中一條的導氣道52及導流道62，此外，圖4是以同時設置該氣體供應單元5及該超臨界流體供應單元6，且從上至下是以：該定壓供應單元4、該氣體供應單元5及該超臨界流體供應單元6的排序為例做說明。

配合參閱圖1，當利用本發明該液體雷射加工裝置的第二實施例對該待加工物901進行加工處理時，是先將該待加工物901固設於如圖1所示的該加工控制系統100上，接著利用該定壓供應單元4，提供一穩態連續毛細管流至該導流空間313，並經耦合後形成一毛細射流，接著依序開啟該氣體供應單元5及該超臨界流體供應單元6，之後，再開啟該雷射聚焦單元2，令該雷射光束23經由該入口311進入該導流空間313並與該毛細射流耦合，讓該雷射光束23經由該毛細射流導引朝向該出口312方向行進，而對設置於該出口312下方的該待加工物901進行加工。

要再說明的是，當利用超臨界流體做為輔助工作液體時，該待加工物901與該出口312的距離須控制在該超臨界流體的至少部分仍可維持在超臨界狀態的距離條件下進行加工。

此外，該第二實施例也可如第一實施例，可再設置一毛細光纖33於該導流空間313，由於該毛細光纖33的結構及目的與該第一實施例相同，因此不再多加說明。

參閱圖5，本發明液體雷射加工裝置的一第三實施例，其結構大致與該第一實施例雷同，不同處在於該液體雷射耦合系統200的該流道單元3還包括一位於該導流管柱31的入口上方的穩壓腔34，且該定壓供應單元4還具有一第二定壓儲液裝置44，及至少一管徑不大於200微米的第二微通道45。

詳細的說，該穩壓腔34包括一具有一開口的腔體341，該腔體341界定出一具有預定高度的容置空間342，該開口遠離該入口311，且該腔體341鄰近該導流管柱31的入口311的底部具有一孔徑與該導流管柱31的內徑相同的開孔343。當該流道單元3包括該穩壓腔34時，該透明蓋32則會設置於該穩壓腔34上並蓋設該開口，該穩壓腔34的開孔343的中心與該入口311的中心位在同一軸線X，且該開孔343與該導流管柱31的入口311連通。

該第二定壓儲液裝置44用以儲存一液體，該第二微通道45連通該第二定壓儲液裝置44與該穩壓腔34的容置空間342，用以將容置於該第二定壓儲液裝置44的該液體提供至該容置空間342，而該腔體341的液體則可藉由深度控制而調整壓力。

本發明該第三實施例藉由進一步設置該穩壓腔34、第二定壓儲液裝置44和第二微通道45，因此可視加工的需求，提供額外的液體於該穩壓腔34，而位於該穩壓腔 34中的液體則可經由該開孔343進入該導流空間313，與自該第一微通道42提供的毛細管流匯合而形成一穩態的毛細射流，而可用以增加該毛細射流整體的流量。

要說明的是，該第二定壓儲液裝置44與該第一定壓儲液裝置41都可用於儲存並提供具有一預定高度(壓力)的液體，且該第一、二定壓儲液裝置41、44可以是相連通或是各自獨立存在。當該第一、二定壓儲液裝置41、44是相連通時，則可藉由一個定壓馬達同時提供該第一、二定壓儲液裝置41、44所須的該液體，當該第一、二定壓儲液裝置41、44是各自單獨時，則各自會有獨立的定壓馬達，以提供該第一、二定壓儲液裝置41、44所需的液體並控制該液體的壓力，於圖5中是以該第一、二定壓儲液裝置41、44為彼此連通，且只有一個定壓馬達43為例。

參閱圖6，值得一提的是，當該穩壓腔34的開孔343的直徑較小(如20微米)時，為了避免自該開孔343流出的液體射流產生不連續的問題，因此，該流道單元3還可設有一毛細光纖33，藉由該毛細光纖33的毛細現象及重力的牽引，可讓該穩壓腔34中的液體可順利經由該毛細光纖導引，形成一直徑小於20微米的、穩定且連續的毛細射流進入該導流空間313。更具體的說，該毛細光纖33的結構與圖3所述之該毛細光纖33的結構大致雷同，不同處在於，為了令該穩壓腔34的液體可順利自該開孔343流出，該固定部331與該腔體341的接觸面為一粗糙面，使該固定部331與該腔體341的接觸面為非緊密接合，而具有可供該液體流過的間隙，由於該毛細光纖33的材料特性與該第一實施例相同，故不再多加贅述。

參閱圖7，本發明液體雷射加工裝置的一第四實施例，其結構大致與該第三實施例雷同，不同處在於該液體雷射耦合系統200的該流道單元3還包括一位於該穩壓腔34與該導流管柱31的入口311之間的噴嘴35。

該噴嘴35具有一本體351及一貫穿該本體351的噴嘴流道352，該噴嘴流道352為呈上、下開口較寬，且中間內縮的沙漏狀。其中，該噴嘴流道352與該穩壓腔34的開孔343的連接處的孔徑介於20~200微米，且與該開孔343的孔徑相同，該噴嘴流道352與該入口311連接處的孔徑，不大於該入口311的孔徑，且該開孔343、噴嘴流道352及入口311的中心位於同一軸線X上，經聚焦後的該雷射光23會穿過該透明蓋32、開孔343、噴嘴流道352，及入口311，進入該導流空間313。

本發明該第四實施例藉由在該穩壓腔34與該導流管柱31之間再設置一個噴嘴35。並利用將該噴嘴35的噴嘴流道352的形狀設計成沙漏狀，因此，可讓自該穩壓腔34流出之液體射流於通過該噴嘴流道352時藉由該噴嘴流道352的傾角的導引而更容易匯聚。

詳細的說，為了增加該噴嘴35的耐用性及避免該噴嘴35於加工過程中對雷射造成影響，該噴嘴35至少於靠近該噴嘴流道352位置的材料為選自藍寶石或鑽石等不吸收該雷射光束23且對該雷射光束23具有反射性的材料構成。因此，該噴嘴35可以是一體成形，全部由該藍寶石或鑽石為材料構成，或是可以利用鑲嵌的方式，僅在靠近該噴嘴流道352的部分鑲嵌一具有該噴嘴流道352且用藍寶石或鑽石為材料構成的內塊體353。於本實施例中，該噴嘴35是利用鑲嵌方式，鑲嵌一具有該噴嘴流道352且用藍寶石材料構成的內塊體353為例做說明。

配合參閱圖8，要再說明的是，該定壓供應單元4也可再設置一與該第一定壓儲液裝置41連通的輸入件46，藉由該輸入件46可自外界輸入用以改變該第一定壓儲液裝置41及第二定壓儲液裝置44內之該液體的物性或化性，以令該第一、二定壓儲液裝置41、44內該液體的特性更適用於產生毛細射流。此外，前述該等實施例中，均可視該穩壓腔34及噴嘴35之液體出口的孔徑，而決定是否要增設該毛細光纖33。當該液體雷射耦合系統200是包含該毛細光纖33時，則該雷射光束23於進入該流道單元3時，是聚焦在該毛細光纖33的固定部331，遠離該導流管柱31的表面；而當該液體雷射耦合系統200是不包含該毛細光纖33時，該雷射光束23於進入該流道單元3時，則是會聚焦在該導流管柱31的入口311的表面位置。

參閱圖9，本發明液體雷射加工裝置的一第五實施例包含：一加工頭300，及一自動控制系統400。

該加工頭300包含一殼體301及一固設於該殼體內的液體雷射耦合系統200。

該液體雷射耦合系統200的整體結構如前述該實施例一~四，故不再多加說明。其中，該光學聚焦元件22為固設於該殼體301中，且該該殼體301相對該液體雷射耦合系統200的該導流單元3的出口312位置亦為一開口，如此可讓該自該液體雷射耦合系統200導出的液體雷射對外發出，而可對位於該開口處的一待加工物902進行表面處理或加工。

該自動控制系統400可控制並帶動該加工頭300以2維或3維方式移動，而對該待加工物902進行表面處理或加工。詳細的說，該自動控制系統400可包含一載座(圖未示)及一與該載座為電訊號連接的電腦程控單元，如CNC或CAM等電腦軟體控制系統(圖未示)，該殼體301與該載座連接並可經由該載座的帶動而以2維或3維方式移動，而該電腦程控單元則可藉由一加工程式，將CAD圖檔或3D影像STL檔輸入進行加工路徑模擬後轉換取得CAM程式，再用以控制該加工頭300的運動軌跡。由於可以2維或3維方式移動的該載座的細部結構，及用以控制該載座移動的電腦程控單元，為加工領域技術業者所周知，因此不再多加說明。

當要應用前述該第五實施例的液體雷射耦合裝置進行該待加工物902的表面處理或加工時，是藉由該自動控制系統400控制該加工頭300的移動(即移動該液體雷射耦合系統200)對該待加工物902進行加工處理，而可更精確的控制加工精準度。

此外，要說明的是，當利用本發明該液體雷射耦合系統200對待加工物進行加工或表面處理時，用以導引該雷射光數23的該液體也可進一步含有固態的加工微粒，而可用以增加該液體雷射的加工性。

綜上所述，本發明該液體雷射耦合系統利用該定壓供應單元3的設計，因此，可直接提供一穩態且連續的毛細管流於該導流管柱31內，而形成一用以導引該雷射光束23的毛細射流；此外，還可進一步藉由該氣體供應單元5與該超臨界流體供應單元6，提供輔助氣體及超臨界流體，而可進一步提升該雷射光束23的穩定性及該液體雷射的加工性。而再藉由該毛細光纖33的設置，還可進一步解決因噴嘴流道352口徑過小時，液體射流無法連續的缺點，故確實可達成本案之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。