激光微加工裝置及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種激光微加工裝置及其方法，屬于激光微細(xì)加工技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]微加工領(lǐng)域通常指通過在微細(xì)工件上去除材料實現(xiàn)特征的創(chuàng)建和修改。激光加工技術(shù)是常見的一種激光微細(xì)加工技術(shù)。激光微細(xì)加工有許多優(yōu)點，包括良好的柔性(光束掃描軌跡路徑的可控制性)，非接觸式加工(激光束為最主要的加工刀具，且與工件不接觸)，高分辨率(小于10微米)。因此，激光微細(xì)加工有許多現(xiàn)有的和潛在的應(yīng)用領(lǐng)域，包括但不局限于如:醫(yī)療設(shè)備、太陽能電池以及提高摩擦性能的機械零件表面微織構(gòu)。
[0003]與此同時，目前激光加工仍存在以下一個或多個缺陷:
[0004]I)碎肩的沉積；
[0005]2)激光誘導(dǎo)的熱效應(yīng)缺陷，包括表面氧化層、重鑄層、熱影響區(qū)、裂紋等；
[0006]3)有害的表面殘余拉應(yīng)力，降低了零部件的機械性能，也可視為激光誘導(dǎo)熱效應(yīng)的另一種缺陷形式。
[0007]在加工過程中，上述缺點很難被減少或去除，其增加了加工的難度、時間和成本。
[0008]因此，有必要開發(fā)一種新的技術(shù)來提高激光加工的效率和質(zhì)量，避免上述缺點中一個或多個的發(fā)生。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種激光微加工裝置及其方法，旨在避免缺陷的發(fā)生，提高加工質(zhì)量和效率。
[0010]本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0011]激光微加工裝置，特點是:包括旋轉(zhuǎn)臺以及位于其上的容器，下超聲振動臺安裝在容器底部，上超聲振動臺固定在下超聲振動臺上，工件置于上超聲振動臺上，放置工件的上超聲振動臺上方布置有激光源和透鏡，激光源發(fā)出激光束，激光束穿過透鏡到達工件的表面，放置工件的上超聲振動臺上側(cè)設(shè)有超聲喇叭，超聲喇叭發(fā)射超聲波至工件的表面，外容器通過進液管和出液管與容器相連，進液管端部設(shè)有噴嘴，噴嘴朝向工件的表面。
[0012]進一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述進液管和出液管的管路上安裝有變流量泵。
[0013]更進一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述進液管管路上設(shè)有過濾器。
[0014]更進一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述放置工件的上超聲振動臺上側(cè)設(shè)有第一超聲喇叭和第二超聲喇叭，分別位于左右兩側(cè)并朝向工件表面。
[0015]更進一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述上超聲振動臺發(fā)射的超聲波傳播的方向垂直于工件表面，下超聲振動臺發(fā)射的超聲波傳播方向水平于工件表面。
[0016]更進一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述進液管發(fā)射具有壓力的液體至加工區(qū)域及周圍區(qū)域。
[0017]更進一步地，上述的激光微加工裝置，其中，所述激光源發(fā)出的激光的運動方向與下超聲振動臺運動方向之間的角度可調(diào)。
[0018]本發(fā)明激光微加工方法，激光器發(fā)出激光束，激光束透過透鏡繼續(xù)在容器的液體中傳播，激光束到達工件表面時，超聲喇機、上超聲振動臺和下超聲振動臺發(fā)出的超聲波到達工件表面，當(dāng)工件表面激光光斑移動時，旋轉(zhuǎn)臺帶動容器、下超聲振動臺、上超聲振動臺和工件轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)下超聲振動臺發(fā)生的超聲波的方向與激光軌跡的夾角可調(diào)，發(fā)出的超聲波到達工件表面后，在液體中產(chǎn)生空化泡，空化泡經(jīng)過一次或多次脈動后產(chǎn)生沖擊波，在空泡內(nèi)外壓力失衡后發(fā)生潰滅，產(chǎn)生高壓液體射流，沖擊波與液體射流作用在工件表面后實現(xiàn)熔渣的去除、工件表面的快速冷卻，超聲波在液體下產(chǎn)生微小的熱對流，迅速帶走激光在工件表面輻照后產(chǎn)生的碎肩、氣泡，外容器內(nèi)的液體與容器內(nèi)的液體對流，噴嘴發(fā)射液體流至工件表面，迅速帶走懸浮的氣泡和熔渣并加速容器中液體的對流，出液管將容器內(nèi)的液體經(jīng)變量泵抽到外容器內(nèi)，使容器內(nèi)液位平衡以及快速冷卻。
[0019]再進一步地，上述的超聲波輔助水下激光微加工方法，其中，超聲波形與激光脈沖波形及相位可調(diào)。
[0020]再進一步地，上述的超聲波輔助水下激光微加工方法，其中，所述激光器為振鏡掃描激光器，外容器和容器中裝有去離子水，超聲波頻率為20?80kHz。
[0021]本發(fā)明技術(shù)方案突出的實質(zhì)性特點和顯著的進步主要體現(xiàn)在:
[0022]①激光輻照浸沒在液體中工件表面時，利用超聲喇叭輻照工件表面，或使工件在豎直方向和水平方向產(chǎn)生超聲振動；激光與超聲波將同時理想的作用在工件的第一表面，從而達到不同的加工效果；
[0023]②可強化超聲空化、水射流等現(xiàn)象，實現(xiàn)對工件表面的再清洗，減小加工的熱影響區(qū)、裂紋、碎肩的沉積等；
[0024]③可加快溶液的對流，迅速帶走表面的熱氣泡、碎肩等，可提高激光在溶液中的傳輸效率，提高加工質(zhì)量和效率；
[0025]④實現(xiàn)激光不同軌跡路徑下的超聲振動方向的調(diào)整，提高加工過程的控制性，較好地改善激光液下微加工的效果，提高激光微細(xì)加工的質(zhì)量、效率以及精度。
【附圖說明】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明技術(shù)方案作進一步說明:
[0027]圖1:本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]如圖1所示，激光微加工裝置，包括旋轉(zhuǎn)臺I以及位于其上的容器15，下超聲振動臺2安裝在容器15底部，上超聲振動臺3固定在下超聲振動臺2上，工件4置于上超聲振動臺3上，放置工件4的上超聲振動臺3上方布置有激光源7和透鏡6，激光源7發(fā)出激光束8，激光束8穿過透鏡6到達工件4的表面，放置工件4的上超聲振動臺3上側(cè)設(shè)有第一超聲喇叭5和第二超聲喇叭9，分別位于左右兩側(cè)并朝向工件4的表面，第一超聲喇叭5和第二超聲喇叭9發(fā)射超聲波至工件4的表面，外容器14通過進液管10和出液管11與容器15相連，進液管10端部設(shè)有噴嘴，噴嘴朝向工件4的表面，進液管10和出液管11的管路上安裝有變流量泵13，進液管10管路上設(shè)有過濾器12。
[0029]其中，激光器7為振鏡掃描激光器，激光源可按照計劃軌跡進行掃描，透鏡6為傅里葉透鏡，透鏡6與工件4之間的距離可調(diào)，外容器14和容器15中裝有去離子水，超聲波頻率為20?80kHz。
[0030]具體應(yīng)用時，超