[发明专利]一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法

说明书

本发明提供了一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法，首先将准连续激光与超短脉冲激光复合对非透明材料进行微孔加工，利用准连续激光进行部分冲孔，设置合适的准连续激光能量和持续时间，在非透明材料上冲孔；然后转换飞秒激光光路，利用旋切扫描模块使聚焦后的超短脉冲激光进行螺旋扫描，在非透明材料的冲孔位置处进行旋切扫描修孔；最后下降焦点继续重复冲孔‑修孔操作，完成制孔过程，本发明提供的激光加工系统及方法，采用分段冲孔‑修孔工艺，可以大大减小了由于大能量一次性冲孔造成的热影响区，提升了孔的加工质量，满足了航空航天领域要求高深径比孔无热影响区的技术指标。

技术领域

本发明涉及激光精细微孔加工技术领域，特别涉及一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法。

背景技术

陶瓷材料在航空航天、光电器件、医疗器械等领域都有着极其重要的应用，但由于某些加工方式会引入微裂纹，引起应力高度集中，使得裂纹扩展导致材料断裂。为在严苛的使用环境提高使役性能，对陶瓷材料加工的质量提出较高的要求。以上述领域中，经常有满足高深径比(不低于20:1)且极小微裂纹的指标要求。

陶瓷孔主要加工方法为：机械加工为接触式加工，容易引起钻头断裂,且难以保证微孔的尺寸精度；利用电火花加工存在着不能加工非导电材料的问题；激光加工作为新型加工技术，对材料无选择性，其中准连续激光能够加工20:1以上的高深径比微孔，但由于准连续激光利用热效应去除材料会在孔口形成热影响区、微裂纹，孔口质量较差；超短脉冲激光由于其短作用时间和超高峰值功率的性质，和材料反应时能直接打断材料分子键，实现无热传导的材料去除方式。

发明内容

有鉴如此，有必要针对现有技术存在的缺陷，提供一种高深径比微孔的激光加工系统及加工方法。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种高深径比微孔的激光加工系统，包括：超快激光器、变倍扩束器、1/4波片、第一反射镜、光束旋切扫描模块、第一半透半反镜、第二半透半反镜、聚焦镜、气嘴、第二反射镜、光路切换模块、第三反射镜及准连续激光器，其中：

所述准连续激光器出射的准连续激光经所述第三反射镜反射后进入可快速移动的第二反射镜，再经所述光路切换模块进入所述第二半透半反镜，经所述第二半透半反镜反射后形成的光束垂直入射进入所述第一半透半反镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料上进行冲孔；

所述超快激光器出射的超短脉冲经所述变倍扩束器扩束后进入所述1/4波片，所述1/4波片将入射的线偏振光调整成圆偏振光，再依次经所述第一反射镜、所述旋切扫描模块、所述第一半透半反镜后进入所述聚焦镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料的冲孔位置处进行旋切扫描修孔。

在一些较佳的实施例中，还包括与所述第一半透半反镜连接的功率监测模块，所述第一半透半反镜还将接收到的激光的一部分反射至所述功率监测模块，所述功率监测模块可对冲孔和修孔过程中激光能量进行实时监测。

在一些较佳的实施例中，还包括与所述第一半透半反镜连接的CCD相机，在冲孔和修孔过程中，与所述陶瓷材料作用的反射光反射至所述第一半透半反镜，所述CCD相机获取所述反射光以实现对打孔过程的穿透情况的显示。

在一些较佳的实施例中，所述变倍扩束器为1-4倍变倍扩束器。

在一些较佳的实施例中，所述气嘴为锥形气嘴。

另外，本发明还提供了一种所述高深径比微孔的激光加工系统的加工方法，包括下述步骤：

利用准连续激光对陶瓷材料进行冲孔，包括：所述准连续激光器出射的准连续激光经所述第三反射镜反射后进入可快速移动的第二反射镜，再经所述光路切换模块进入所述第二半透半反镜，经所述第二半透半反镜反射后形成的光束垂直入射进入所述第一半透半反镜，并经所述聚焦镜及所述气嘴后聚焦在陶瓷材料上进行材料去除，孔径大小介于Φ0.5mm～Φ0.6mm之间；