TWI535517B - Hard and brittle material contour forming device - Google Patents

Description

硬脆材料輪廓成型裝置

本發明是有關於一種硬脆材料輪廓成型裝置，尤指一種可應用於生醫、光電、電子、太陽能等相關元件硬脆材料輪廓成型，除可提供不同輪廓路徑完成硬脆材料之輪廓成型外，亦可依實際成型之需求完成不同厚度材料輪廓成型、二維平面成型、三維厚板成型、4D輪廓成型及5D輪廓成型，而達到高移除效能以及高速/異型材料輪廓成型之功效者。

按，一般習用之硬脆材料輪廓成型方式可分為1.單一脈衝方式（single pulse）；2.多脈衝方式（percussion）；3.環形繞孔（Trepanning）以及4.環形螺旋繞孔（Helical）等方式。可針對欲加工區域進行材料移除，藉以獲得所需之外型加工。

此外，除上述所提四種方法之外，針對硬脆材料部分，常見的切割方式係包含有熱熔切割（thermal melt cutting）模式以及熱破裂（thermal fracture cutting）。

然而，上述提及之方法對於異型材料或不規則輪廓之切割而言較難完成，且熱熔切割模式將會造成材料表面有熔融之現象產生。

有鑑於此，本案之發明人特針對前述習用發明問題深入探討，並藉由多年從事相關產業之研發與製造經驗，積極尋求解決之道，經過長期努力之研究與發展，終於成功的開發出本發明「硬脆材料輪廓成型裝置」，藉以改善習用之種種問題。

本發明之主要目的係在於，除可利用控制機構操控輪廓成型機構提供不同輪廓路徑完成硬脆材料之輪廓成型，亦可依實際成型之需求以輪廓成型機構配合移動載台，完成不同厚度材料輪廓成型、二維平面成型、三維厚板成型、4D輪廓成型及5D輪廓成型，進而可應用於生醫、光電、電子、太陽能等相關元件硬脆材料輪廓成型，而達到高移除效能以及高速/異型材料輪廓成型之功效。。

為達上述之目的，本發明係一種硬脆材料輪廓成型裝置，其包含有：一用以放置硬脆材料之移動載台；一設於移動載台一面上且與硬脆材料對應之輪廓成型機構，係用以對硬脆材料進行之輪廓成型；以及一連接移動載台與輪廓成型機構之控制機構，係用以操控移動載台與輪廓成型機構之作動方式。

於上述之實施例中，該移動載台係包含有一活動平台、及一設於活動平台一面上之承載平台，而該硬脆材料係放置於承載平台之一面上。

於上述之實施例中，該輪廓成型機構係包含有一雷射產生單元、一對應設於雷射產生單元一側之反射鏡、一對應設於反射鏡一側之擴束鏡組、一與擴束鏡組對應之掃描單元、及一與掃描單元結合之聚焦單元，而該聚焦單元係與硬脆材料對應。

於上述之實施例中，該掃描單元係為雙軸掃描振鏡。

於上述之實施例中，該控制機構係包含有一主控單元、一連接雷射產生單元與主控單元之雷射控制單元、一連接擴束鏡組與主控單元之光路控制單元、一連接掃描單元與主控單元之掃描控制單元、及一連接活動平台與主控單元之運動控制單元。

１‧‧‧移動載台
１１‧‧‧活動平台
１２‧‧‧承載平台
２‧‧‧輪廓成型機構
２１‧‧‧雷射產生單元
２２‧‧‧反射鏡
２３‧‧‧擴束鏡組
２４‧‧‧掃描單元
２５‧‧‧聚焦單元
３‧‧‧控制機構
３１‧‧‧主控單元
３２‧‧‧雷射控制單元
３３‧‧‧光路控制單元
３４‧‧‧掃描控制單元
３５‧‧‧運動控制單元
４‧‧‧硬脆材料

第１圖，係本發明較佳實施例之示意圖。
第２圖，係本發明第１圖a部分之局部放大示意圖。

請參閱『第１及第２圖』所示，係分別為本發明較佳實施例之示意圖及本發明第１圖a部分之局部放大示意圖。如圖所示：本發明係一種 硬脆材料輪廓成型裝置，其至少包含有一移動載台１、一輪廓成型機構２以及一控制機構３所構成。

上述所提之移動載台１係用以放置硬脆材料４，而該移動載台１係包含有一活動平台１１、及一設於活動平台１１一面上之承載平台１２，且該硬脆材料４係放置於承載平台１２之一面上。

該輪廓成型機構２係設於移動載台１之一面上且與硬脆材料４對應，用以對硬脆材料４進行之輪廓成型，而該輪廓成型機構２係包含有一雷射產生單元２１、一對應設於雷射產生單元２１一側之反射鏡２２、一對應設於反射鏡２２一側之擴束鏡組２３、一與擴束鏡組２３對應之掃描單元２４、及一與掃描單元２４結合之聚焦單元２５，而該聚焦單元２５係與硬脆材料４對應，其中該掃描單元２４係為雙軸掃描振鏡。

該控制機構３係連接移動載台１與輪廓成型機構２，用以操控移動載台１與輪廓成型機構２之作動方式，而該控制機構３係包含有一主控單元３１、一連接雷射產生單元２１與主控單元３１之雷射控制單元３２、一連接擴束鏡組２３與主控單元３１之光路控制單元３３、一連接掃描單元２４與主控單元３１之掃描控制單元３４、及一連接活動平台１１與主控單元３１之運動控制單元３５。

本發明係可適用於生醫、光電、電子與太陽能等相關元件之硬脆材料４輪廓成型應用，當使用時，係可由主控單元３１進行相關之操作與控制，而使雷射產生單元２１之雷射光經由光路控制單元３３之控制，並利用反射鏡２２、擴束鏡組２３、掃描單元２４與聚焦單元２５之配合，讓將雷射光點匯聚至欲輪廓成型之硬脆材料４試片上，進行多軸向材料輪廓切割/銑削成型，以主控單元３１藉由之數值演算法，將原本僅繞著切割路徑成型之模式修正為具高移除效能之路徑，藉以完成高速/異型材料輪廓成型，今針對本發明至少可達到之成型方式說明如下：

1.其輪廓成型路徑可為非僅針對移除路徑外形為主，可搭配主控單元３１所產生之數值演算法提供多項式函數（如第２圖所示之輪廓路徑模式），藉以加快成型輪廓速度。

2.藉由擴束鏡組２３、聚焦單元２５與活動平台１１，可將雷射產生單元２１配合反射鏡２２產生之雷射光點匯聚至欲成型之硬脆材料４表面、內層與底部，搭配光路控制單元３３、掃描控制單元３４及運動控制單元３５之輪廓成型路徑函數控制，藉以進行硬脆材料４選擇性移除成型。

3.針對硬脆材料４微小區域進行輪廓成型，可選擇使用掃描控制單元３４控制掃描單元２４，並搭配光路控制單元３３控制擴束鏡組２３倍率變換，且將輪廓成型路徑函數寫入主控單元３１中，藉以完成不同厚度材料輪廓成型。

4.於大面積硬脆材料４輪廓成型時，係以掃描控制單元３４控制掃描單元２４，且搭配主控單元３１之輪廓成型路徑函數，並以運動控制單元３５控制活動平台１１移動硬脆材料４，藉以完成二維平面成型。

5.當活動平台１１固定時，使用光路控制單元３３控制擴束鏡組２３，搭配輪廓成型路徑函數，可完成三維厚板成型。

6.當活動平台１１固定時，使用光路控制單元３３控制擴束鏡組２３，並以運動控制單元３５控制活動平台１１之Z軸活動調整光束匯聚距離與位置，搭配輪廓成型路徑函數，藉以完成三維厚板成型。

7.當使用移動載台１時（聚焦單元２５與活動平台１１及承載平台１２），固定掃描單元２４與擴束鏡組２３，搭配輪廓成型路徑函數，藉以完成三維厚板成型。

8.當使用移動載台１（聚焦單元２５與活動平台１１及承載平台１２），掃描單元２４、聚焦單元２５與活動平台１１進行同動，可調整光束匯聚距離與位置，搭配輪廓成型路徑函數，藉以完成三維厚板成型。

9.當活動平台１１傾斜一角度時，可完成4D輪廓成型。

10.當聚焦單元２５使入射光軸傾斜一角度或活動平台１１傾斜，搭配輪廓成型路徑函數，可完成5D輪廓成型。

綜上所述，本發明硬脆材料輪廓成型裝置可有效改善習用之種種缺點，除可利用控制機構操控輪廓成型機構提供不同輪廓路徑完成硬脆材料之輪廓成型，亦可依實際成型之需求以輪廓成型機構配合移動載台，完成不同厚度材料輪廓成型、二維平面成型、三維厚板成型、4D輪廓成型及5D輪廓成型，進而可應用於生醫、光電、電子、太陽能等相關元件硬脆材料輪廓成型，而達到高移除效能以及高速/異型材料輪廓成型之功效。；進而使本發明之產生能更進步、更實用、更符合消費者使用之所須，確已符合發明專利申請之要件，爰依法提出專利申請。

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；故，凡依本發明申請專利範圍及發明說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

 

1‧‧‧移動載台

11‧‧‧活動平台

12‧‧‧承載平台

2‧‧‧輪廓成型機構

21‧‧‧雷射產生單元

22‧‧‧反射鏡

23‧‧‧擴束鏡組

24‧‧‧掃描單元

25‧‧‧聚焦單元

3‧‧‧控制機構

31‧‧‧主控單元

32‧‧‧雷射控制單元

33‧‧‧光路控制單元

34‧‧‧掃描控制單元

35‧‧‧運動控制單元

4‧‧‧硬脆材料

Claims (2)

1. 一種硬脆材料輪廓成型裝置，其包括有：一移動載台，係用以放置硬脆材料，而該移動載台係包含有一活動平台、及一設於該活動平台一面上之承載平台，而該硬脆材料係放置於該承載平台之一面上；一輪廓成型機構，係設於該移動載台之一面上且與該硬脆材料對應，用以對該硬脆材料進行之輪廓成型，而該輪廓成型機構係包含有一雷射產生單元、一對應設於該雷射產生單元一側之反射鏡、一對應設於該反射鏡一側之擴束鏡組、一與該擴束鏡組對應之掃描單元、及一與該掃描單元結合之聚焦單元，而該聚焦單元係與該硬脆材料對應；以及一控制機構，係連接該移動載台與該輪廓成型機構，用以操控該移動載台與該輪廓成型機構之作動方式，而該控制機構係包含有一主控單元、一連接該雷射產生單元與該主控單元之雷射控制單元、一連接該擴束鏡組與該主控單元之光路控制單元、一連接該掃描單元與該主控單元之掃描控制單元、及一連接活動平台與該主控單元之運動控制單元，以該主控單元所產生之數值演算法提供多項式函數，將原本僅繞著切割路徑成型之模式修正為具高移除效能之輪廓成型路徑，藉以利用該控制機構之輪廓成型路徑函數控制，操控該輪廓成型機構提供不同輪廓路徑完成該硬脆材料之輪廓成型，亦可依實際成型之需求以該輪廓成型機構配合該移動載台，完成不同厚度材料輪廓成型、二維平面成型、三維厚板 成型、4D輪廓成型及5D輪廓成型。
2. 依申請專利範圍第1項所述之硬脆材料輪廓成型裝置，其中，該掃描單元係為雙軸掃描振鏡。