[实用新型]一种采用激光和磨料射流进行生物质材料复合加工的装置

说明书

本实用新型公开了一种采用激光和磨料射流进行生物质材料复合加工的装置，该装置包括能够产生激光束（3）的激光发生装置（2）和能够喷出磨料射流（6）的喷头（7），生物质材料（4）采用激光束（3）加工时能够产生有害的炭化层（5），喷头（7）通过管道分别与低压射流发生装置（11）和装有磨料（9）的磨料仓相连接，以分别承接低压射流发生装置（11）产生的低压射流和磨料仓供应的磨料（9），磨料（9）和低压射流混合形成的磨料射流（6）经喷头（7）喷向炭化层（5），磨料射流（6）冲刷炭化层（5）区域实现表层切除。本实用新型的装置通过低压磨料射流辅助在线切除激光加工生成的炭化层，加工表面精度高且无炭化层，成本低。

技术领域

本实用新型涉及木材加工技术领域，具体地说是一种采用激光和磨料射流进行生物质材料复合加工的装置。

背景技术

木材、竹材等生物质材料及其制品是重要的原材料，可用于建筑、园林、家具、工艺品等诸多领域。特别是在用于家具和工艺品的加工中，存在着部分难加工的硬质生物质材料，如重组竹（亦成为竹钢），黄花梨等人造或者天然生物质材料。针对这类生物质材料如果采用传统的切削加工，加工效率低且刀具磨损快。激光加工是典型的高效热加工方法，由于生物质材料对激光（如波长10.6μm）的吸收能力强，加工时能量利用率高，因此越来越多的研究和实验尝试将激光用于生物质材料的加工。然而生物质材料的燃点低，利用激光加工这类材料时，存在着两种机制，即气化和燃烧。其中，在激光热源集中作用的区域，生物质材料瞬间被蒸发气化，形成蚀坑。而激光外围区域由于能量密度降低，仅能加热工件引起炭化烧蚀而不能蒸发工件材料。一般认为，激光在蒸发竹生物质材料的同时必然伴随着燃烧和炭化过程。因此，炭化过程不可避免（吴哲,陈哲,马岩,等.激光烧灼后的木材表面特征比较研究[J].西北林学院学报.2018，5:189-19）。仅在激光打标等应用场合，利用激光在生物质材料表面生产炭黑，显示图案，文字等，该场合下炭化的是有益现象。但是，针对更多的应用场合，如利用激光加工浮雕、纹饰、异性表面等场合，炭化过程却是致命的缺点，因为炭化层不仅会影响生物质材料加工表面的外观美感，还会导致误差累计无法实现精密图案、纹饰、表面的加工。比如，激光雕刻木材时，激光焦距和和电流过大，碳化层的颜色会明显加深从而影响切槽质量，影响应用（赵静, 钱桦, 张厚江, 等. 激光雕刻木材工艺参数的研究[J]. 木材加工机械, 2006, 17(6): 15-17. 李荣荣, 徐伟, 熊先青, 等. 激光加工参数对木材加工性能的影响[J]. 木材工业, 2018, 32(6): 28-31.）。可见，炭化层是困扰激光加工生物质材料的难题。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种采用激光和磨料射流进行生物质材料复合加工的装置，该装置能够对激光加工生物质材料时产生的炭化层进行控制并切除。

本实用新型的目的是通过以下技术方案解决的：

一种采用激光和磨料射流进行生物质材料复合加工的装置，该装置包括能够产生激光束的激光发生装置和能够喷出磨料射流的喷头，生物质材料采用激光束加工时能够产生有害的炭化层，喷头通过管道分别与低压射流发生装置和装有磨料的磨料仓相连接，以分别承接低压射流发生装置产生的低压射流和磨料仓供应的磨料，磨料和低压射流混合形成的磨料射流经喷头喷向炭化层，磨料射流冲刷炭化层区域实现表层切除。

所述的低压射流发生装置所产生的低压射流压力低于30MPa，射流为液体或气体。

所述磨料仓出口处的管道上装有阀门且该阀门采用磨料调节装置控制。

所述的射流发生装置能够产生压力和速度可调的低压射流且通过磨料调节装置能够调节磨料射流中的磨料的添加量，形成参数可调的磨料射流，从而实现炭化层的切除厚度控制。