一種超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)技術(shù)方案

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，包括機(jī)床、安裝于所述機(jī)床上的三維移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述機(jī)床上的激光傳輸模組、加工頭模組、及控制系統(tǒng)，所述機(jī)床包括底座、及自所述底座一側(cè)向上延伸形成的立柱，所述三維移動(dòng)平臺(tái)包括安裝于所述底座上的Y軸移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)上的X軸移動(dòng)平臺(tái)、及安裝于所述立柱一側(cè)位于所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上方的Z軸移動(dòng)平臺(tái)，所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有用于裝夾待加工產(chǎn)品的夾具。本申請(qǐng)可對(duì)多種材料進(jìn)行微細(xì)加工。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本申請(qǐng)涉及激光加工領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
自激光器問世以來,人們就開始進(jìn)行激光與材料相互作用的研究，經(jīng)過50多年的發(fā)展,為了滿足不同的需要,各種激光器應(yīng)運(yùn)而生并被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工和醫(yī)療領(lǐng)域。激光波長覆蓋幾乎紅外到極紫外波段,脈沖寬度也減小到幾個(gè)光周期。激光加工具有很多優(yōu)點(diǎn)，如非接觸式加工、對(duì)環(huán)境要求較低、可加工硬脆和致密材料和加工精度高等,在工業(yè)加工領(lǐng)域備受青睞。連續(xù)和長脈沖激光主要依靠聚焦產(chǎn)生的高溫來燒蝕材料，熱擴(kuò)散范圍大，加工精度有限；準(zhǔn)分子脈沖激光以其較短的波長和脈沖寬度可以實(shí)現(xiàn)微米級(jí)尺度的精密加工，但它需要用到腐蝕性氣體，而且紫外激光對(duì)大多數(shù)材料不透明，因而使用上受到限制。當(dāng)前，微制造技術(shù)的快速發(fā)展向加工尺度和精度提出了挑戰(zhàn)——需要將加工精度延伸到亞微米甚至納米量級(jí)，并且實(shí)現(xiàn)真正意義上的三維立體微加工。利用超快激光微加工技術(shù)有望克服上述傳統(tǒng)激光加工技術(shù)所面臨的各種困難，它可以突破光學(xué)微加工方法中由于衍射極限給加工精度帶來的限制，并有能力直接在透明材料內(nèi)部加工出真正的三維微結(jié)構(gòu)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
鑒于此，有必要提供一種能在金屬、半導(dǎo)體材料、透明硬脆材料、高溫合金工件上進(jìn)行精細(xì)加工的超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，包括機(jī)床、控制系統(tǒng)、安裝于所述機(jī)床上的三維移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述機(jī)床上的激光傳輸模組、及安裝于所述三維移動(dòng)平臺(tái)上的加工頭模組，所述機(jī)床包括底座、及自所述底座一側(cè)向上延伸形成的立柱，所述三維移動(dòng)平臺(tái)包括安裝于所述底座上的Y軸移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)上的X軸移動(dòng)平臺(tái)、及安裝于所述立柱一側(cè)位于所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上方的Z軸移動(dòng)平臺(tái)，所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有用于裝夾待加工產(chǎn)品的夾具。優(yōu)選地，所述底座上設(shè)有Y軸導(dǎo)軌，所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)滑動(dòng)于所述Y軸導(dǎo)軌上；所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有X軸導(dǎo)軌，所述X軸移動(dòng)平臺(tái)滑動(dòng)于所述X軸導(dǎo)軌上；所述立柱位于所述X軸移動(dòng)平臺(tái)一側(cè)的上方設(shè)有Z軸導(dǎo)軌，所述Z軸移動(dòng)平臺(tái)滑動(dòng)于所述Z軸導(dǎo)軌上。優(yōu)選地，所述機(jī)床還包括設(shè)于所述立柱上的支架、及設(shè)于所述立柱上端且位于所述三維移動(dòng)平臺(tái)上方的支撐板。優(yōu)選地，所述Z軸導(dǎo)軌位于所述支撐板與所述X軸移動(dòng)平臺(tái)之間，所述Z軸移動(dòng)平臺(tái)沿所述Z軸導(dǎo)軌在所述支撐板與所述X軸移動(dòng)平臺(tái)之間移動(dòng)。優(yōu)選地，所述激光傳輸模組安裝于所述立柱上的支架與支撐板上。優(yōu)選地，所述激光傳輸模組包括超快激光器、擴(kuò)束器、偏振轉(zhuǎn)化裝置、光束整形模塊和光學(xué)加工模塊，所述超快激光器輸出的超短脈沖激光束進(jìn)入所述擴(kuò)束器后，所述擴(kuò)束器將超短脈沖激光束處理后傳輸至偏振轉(zhuǎn)化裝置，所述偏振轉(zhuǎn)化裝置將線偏振光轉(zhuǎn)化為圓偏振光，所述圓偏振光傳導(dǎo)至光束整形模塊處理后傳導(dǎo)至光所述學(xué)加工模塊加工工件。優(yōu)選地，所述激光傳輸模組包括超快激光器、擴(kuò)束器、偏振轉(zhuǎn)化裝置、光束整形模塊、分光器和光學(xué)加工模塊，所述光學(xué)加工模塊包括旋切光學(xué)模組、掃描振鏡模組、多光束并行加工模組中的至少一種，所述超快激光器輸出的超短脈沖激光束進(jìn)入所述擴(kuò)束器后，所述擴(kuò)束器將超短脈沖激光束處理后傳輸至偏振轉(zhuǎn)化裝置，所述偏振轉(zhuǎn)化裝置將線偏振光轉(zhuǎn)化為圓偏振光后傳導(dǎo)至所述光
束整形模塊，所述圓偏振光經(jīng)過所述光束整形模塊將處理后的激光束輸出至所述分光器，所述分光器將激光束分為兩路輸出至兩個(gè)光學(xué)加工模塊后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行加工。優(yōu)選地，所述激光傳輸模組還包括若干反射鏡與聚焦鏡，所述反射鏡用于改變光束的傳導(dǎo)方向，所述聚焦鏡安裝于所述旋切光學(xué)模組下，所述聚焦鏡用于將激光束匯聚為高能量密度光斑。優(yōu)選地，所述擴(kuò)束器將激光器輸出的直徑較小的激光束通過兩組光學(xué)元件，擴(kuò)展為直徑較大的激光束，實(shí)現(xiàn)放大光束直徑、縮小光束發(fā)散角、降低功率密度以保護(hù)光學(xué)元件，縮小聚焦光斑直徑、提高加工精度的目的。優(yōu)選地，所述偏振轉(zhuǎn)化裝置將激光器輸出的波動(dòng)形式呈直線分布的激光束轉(zhuǎn)化為波動(dòng)形式呈圓形或橢圓分布的激光束。本申請(qǐng)的超塊激光微細(xì)加工系統(tǒng)通過將三維移動(dòng)平臺(tái)、激光傳輸模組集成于機(jī)床上，使系統(tǒng)具有更好的集成性能，可在固體材料(半導(dǎo)體材料、玻璃材料、金屬材料陶瓷材料、聚合物材料、非金屬材料等)和液體材料(凝膠、金屬離子水溶液，光學(xué)樹脂等有機(jī)溶液)等多種材料的平面、斜面、曲面上進(jìn)行直孔、斜孔、階梯孔、錐度孔、異形孔、微納結(jié)構(gòu)、仿生學(xué)表面的制備、微連接等微加工，具備鉆孔、異型切割、盲槽掃描、刻蝕加工、拼接等多種加工功能。可廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體、電子、汽車、醫(yī)療、航空、航天等領(lǐng)域中各類零部件的精細(xì)制造，相對(duì)于傳統(tǒng)激光加工的熱擴(kuò)散嚴(yán)重的特點(diǎn)，具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。附圖說明此處所說明的附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。在附圖中：圖1為本申請(qǐng)超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)的立體圖；圖2為本申請(qǐng)超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)的光路傳輸模組示意圖；圖3為本申請(qǐng)超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)的加工流程圖。具體實(shí)施方式為使本申請(qǐng)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本申請(qǐng)具體實(shí)施例及相應(yīng)的附圖對(duì)本申請(qǐng)技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本申請(qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。以下結(jié)合附圖，詳細(xì)說明本申請(qǐng)各實(shí)施例提供的技術(shù)方案。請(qǐng)參閱圖1所示，本申請(qǐng)超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)包括機(jī)床100、安裝于所述機(jī)床100上的三維移動(dòng)平臺(tái)200、安裝于所述機(jī)床100上的激光傳輸模組300、及安裝于所述三維移動(dòng)平臺(tái)200上的加工頭模組400、及控制系統(tǒng)(圖未示)。所述機(jī)床100包括立柱101、自所述立柱101一側(cè)底部延伸垂直所述立柱101延伸形成的底座102、設(shè)于所述立柱101另一側(cè)的支架103、及設(shè)于所述立柱101頂部且位于所述底座102上方的支撐板104。所述三維移動(dòng)平臺(tái)200包括設(shè)于所述機(jī)床100的底座102上的Y軸導(dǎo)軌201、可在所述Y軸導(dǎo)軌201上移動(dòng)的Y軸移動(dòng)平臺(tái)202、設(shè)于所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)202上表面的X軸導(dǎo)軌203、可在所述X軸導(dǎo)軌203上移動(dòng)的X軸移動(dòng)平臺(tái)204、設(shè)于所述立柱101上的Z軸導(dǎo)軌205、及可在所述Z軸導(dǎo)軌205上移動(dòng)的Z軸移動(dòng)平臺(tái)206。所述Z軸導(dǎo)軌205位于所述立柱101的側(cè)面且位于所述支撐板104與所述X軸移動(dòng)平臺(tái)204之間，所述Z軸移動(dòng)平臺(tái)206沿所述Z軸導(dǎo)軌205在所述支撐板104與所述X軸移動(dòng)平臺(tái)204之間移動(dòng)。所述X軸移動(dòng)平臺(tái)204作為加工平臺(tái)，其上設(shè)有用于裝夾待加工產(chǎn)品的夾具207。通過所述三維移動(dòng)平臺(tái)200使加工范圍可在既定范圍內(nèi)的三維空間內(nèi)進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化。所述支架103的位置不限于所述立柱101的外側(cè)，也可以位于所述立柱101的頂部。在一實(shí)施例中，所述機(jī)床100的底座102加裝旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以使所述待加工產(chǎn)品繞Z軸旋轉(zhuǎn)以提升系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品的加工范圍。所述三維移動(dòng)平臺(tái)200具有很高的定位精度和重復(fù)定位精度，可通過直線電機(jī)和滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)，為提高定位精度，必要時(shí)配有光柵尺用以定位檢測(cè)和調(diào)整參考。三維移動(dòng)平臺(tái)200具有很高的移動(dòng)速度，可按預(yù)定軌跡驅(qū)動(dòng)工件運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件的快速移動(dòng)和定位。請(qǐng)進(jìn)一步參閱圖2所示，所述激光傳輸模組300安裝于所述機(jī)床100的支架103與支撐本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)床、控制系統(tǒng)、安裝于所述機(jī)床上的三維移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述機(jī)床上的激光傳輸模組、及安裝于所述三維移動(dòng)平臺(tái)上的加工頭模組，所述機(jī)床包括底座、及自所述底座一側(cè)向上延伸形成的立柱，所述三維移動(dòng)平臺(tái)包括安裝于所述底座上的Y軸移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)上的X軸移動(dòng)平臺(tái)、及安裝于所述立柱一側(cè)位于所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上方的Z軸移動(dòng)平臺(tái)，所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有用于裝夾待加工產(chǎn)品的夾具。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，其特征在于，包括機(jī)床、控制系統(tǒng)、安裝于所述機(jī)床上的三維移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述機(jī)床上的激光傳輸模組、及安裝于所述三維移動(dòng)平臺(tái)上的加工頭模組，所述機(jī)床包括底座、及自所述底座一側(cè)向上延伸形成的立柱，所述三維移動(dòng)平臺(tái)包括安裝于所述底座上的Y軸移動(dòng)平臺(tái)、安裝于所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)上的X軸移動(dòng)平臺(tái)、及安裝于所述立柱一側(cè)位于所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上方的Z軸移動(dòng)平臺(tái)，所述X軸移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有用于裝夾待加工產(chǎn)品的夾具。2.如權(quán)利要求1所述的超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述底座上設(shè)有Y軸導(dǎo)軌，所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)滑動(dòng)于所述Y軸導(dǎo)軌上；所述Y軸移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)有X軸導(dǎo)軌，所述X軸移動(dòng)平臺(tái)滑動(dòng)于所述X軸導(dǎo)軌上；所述立柱位于所述X軸移動(dòng)平臺(tái)一側(cè)的上方設(shè)有Z軸導(dǎo)軌，所述Z軸移動(dòng)平臺(tái)滑動(dòng)于所述Z軸導(dǎo)軌上。3.如權(quán)利要求2所述的超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)床還包括設(shè)于所述立柱上的支架、及設(shè)于所述立柱上端且位于所述三維移動(dòng)平臺(tái)上方的支撐板。4.如權(quán)利要求3所述的超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述Z軸導(dǎo)軌位于所述支撐板與所述X軸移動(dòng)平臺(tái)之間，所述Z軸移動(dòng)平臺(tái)沿所述Z軸導(dǎo)軌在所述支撐板與所述X軸移動(dòng)平臺(tái)之間移動(dòng)。5.如權(quán)利要求3所述的超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳輸模組安裝于所述立柱上的支架與支撐板上。6.如權(quán)利要求1所述的超快激光微細(xì)加工系統(tǒng)，其特征在于，所述激光傳輸模組包括超快激光器、擴(kuò)束器、偏振轉(zhuǎn)化裝置、光束整形模塊和光學(xué)加工模塊，所述超快激光器輸出的超短脈沖激光束進(jìn)入所述擴(kuò)束器后，...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：王寧，楊小君，康偉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安中科微精光子制造科技有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61