一種利用雷射加工的過濾膜及雷射加工系統的製作方法

2023-05-15 14:49:16 4

本發明屬於環保領域，涉及一種利用雷射加工的過濾膜或過濾網及加工該過濾膜或過濾網的雷射加工系統。

背景技術：

近年來全球空氣汙染、水汙染現象日益加重，為了緩解氣體或液體汙染物對人們的不良影響，過濾技術得到了研究人員和環保型企業的重視和發展，其中微濾技術和產品，尤其是能過濾微米至納米尺度汙染物的過濾膜(網)的需求量不斷加大。微濾具體是指從氣相和液相懸浮液中截留微粒、細菌和其它汙染物的方法，主要採用膜分離技術實現，過濾膜的分離機理主要是篩分截留，將尺寸大於濾膜孔徑的固體顆粒或顆粒聚集體截留，可廣泛應用於廢水、汙水處理、食品、藥品工業、海水淡化工程、空氣汙染治理等領域。

特別是近幾年空氣中細顆粒物汙染嚴重，環境中空氣動力學當量直徑小於2.5微米的顆粒物(pm2.5)濃度居高不下，嚴重影響了空氣品質，與較粗的大氣顆粒相比，其面積大、活性強，易附帶如重金屬、微生物等有毒、有害物質，其在大氣中停留時間長、輸送距離遠，對人體健康和大氣環境影響很大。而現有過濾膜加工裝置結構較為複雜，生產成本高，同時膜材料可過濾的微粒很有限。

技術實現要素：

為解決上述技術問題，本發明提出一種利用雷射加工的、可用於過濾不同尺寸(幾百納米至幾百微米)汙染顆粒的過濾膜(網)及用於製備過濾孔的雷射加工系統。

本發明的技術方案為：

本發明提供一種利用雷射加工的過濾膜，所述過濾膜上分布有用於過濾微顆粒的微孔陣列，所述微孔陣列中，微孔的直徑為0.1微米-1毫米。

作為優選，所述過濾膜的材質為金屬或非金屬，所述金屬包括但不限於不鏽鋼、鋁，所述非金屬包括但不限於塑料；所述過濾膜的厚度為1微米-2毫米。

作為優選，所述微孔的孔徑不大於2.5μm。

本發明還提供一種用於加工所述過濾膜的雷射加工系統，所述加工系統包括沿雷射光路順次設置的雷射器、擴束裝置、衍射光學元件、振鏡單元、透鏡、載物機構，還包括與所述雷射器、振鏡單元和載物機構電連接的控制單元。

作為優選，還包括ccd圖像傳感器，所述ccd圖像傳感器與所述振鏡單元相鄰設置，所述ccd圖像傳感器的攝像頭朝向所述載物機構的載物平面。

作為優選，所述雷射器發出的雷射束波長小於2000nm。

作為優選，所述雷射的脈寬可為毫秒、微秒、納秒、皮秒或飛秒級別。

作為優選，所述振鏡單元包括x-y振鏡、角度測量傳感器和驅動所述x-y振鏡轉動的驅動機構；

作為優選，所述載物機構為x-y軸移動平臺。

作為優選，所述透鏡可以為平凸透鏡、雙凸透鏡或平場掃描透鏡。

本發明的上述技術方案相比現有技術具有以下優點：

(1)本發明所述的利用雷射加工的過濾膜，所述過濾膜上分布有用於過濾微顆粒的微孔陣列，所述微孔陣列中，微孔的直徑為0.1微米-1毫米。能過濾不同尺寸(幾百納米至幾百微米)的汙染顆粒，應用範圍廣，當製得的過濾膜(網)孔徑小於汙染顆粒效果更佳；同時該過濾膜的過濾孔由雷射加工製得，加工效率高、設備本身無損耗，可以製備孔密度大、數量多的過濾膜，降低了生產成本，製得的過濾膜可根據需要用作口罩或其它過濾產品上。

(2)本發明所述的利用雷射加工的過濾膜，所述過濾膜的材質為金屬或非金屬，所述金屬包括但不限於不鏽鋼、鋁，所述非金屬包括但不限於塑料，所述過濾膜的厚度為1微米-2毫米，所述過濾膜材質選用廣泛，不同材質的過濾膜可應用於不同的過濾場合。

(3)本發明所述的用於加工所述過濾膜的雷射加工系統，包括沿雷射光路順次設置的雷射器、擴束裝置、衍射光學元件、振鏡單元、透鏡、載物機構，還包括與所述雷射器、振鏡單元和載物機構電連接的控制單元。該系統可實時監控雷射鑽孔過程，可靠性高、加工效率和精度高，適用於過濾膜的工業化批量生產。

附圖說明

為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明，其中

圖1是本發明實施例2所述的雷射加工系統的結構示意圖。

圖中附圖標記表示為：1-雷射器；2-擴束裝置；3-振鏡單元；4-透鏡；5-載物機構；6-控制單元；7-衍射光學元件。

具體實施方式

實施例1

本實施例提供一種利用雷射加工的過濾膜，所述過濾膜上分布有用過過濾不同粒徑的微顆粒的微孔陣列，所述微孔陣列中，微孔的直徑為0.1μm-1mm，優選為2-500μm，根據不同的需求，可將微孔用雷射加工為不同孔徑，本實施例中，所述微孔的孔徑優選為不大於2.5μm，適宜於過濾pm2.5等微型顆粒，其過濾效果好，在使用時，無需多層疊加使用。所述過濾膜的材質可以為金屬或者非金屬材料，其中金屬材料可以選擇為不鏽鋼或者鋁等常規材質，非金屬材料可以選用塑料，所述過濾膜的厚度為1微米-2毫米，可根據需求選用不同的厚度。作為可變換的實施方式，所述過濾膜也可以為具有雷射製作的不同孔徑網孔的過濾網，起到過濾微粒的作用即可。

實施例2

本實施例提供一種用於加工所述過濾膜(網)的雷射加工系統，其如圖1所示，包括沿雷射光路順次設置的雷射器1、用於改變雷射光束直徑的擴束裝置2、衍射光學元件(doe)7、用於使雷射束偏轉的振鏡單元3、用於聚焦雷射束的透鏡4和載物機構5，所述載物機構5的載物平面朝向所述透鏡4的出光面，還包括與所述雷射器1、振鏡單元3和載物機構4電連接的控制單元6。所述衍射光學元件7設置於擴束裝置2與振鏡單元3之間，起到將雷射束衍射成為多條平行光束的作用，可以同時在過濾膜上形成多個微孔或者直接形成微孔陣列，提高了雷射打孔的效率。

其中，所述控制單元6為常規計算機、手機等控制終端；所述雷射器1為半導體雷射器，其發出的雷射束波長為266-1064nm；擴束裝置2為雷射擴束鏡，其擴束倍數為1-10倍，用於改變雷射束的光束直徑和發散角，使雷射聚焦效果更好；所述振鏡單元3包括一套x-y振鏡，這套鏡片可以分別在x、y軸方向轉動，對雷射束起到反射作用，實現對雷射的偏轉效果，振鏡連接有角度測量傳感器，用於測量x、y振鏡的偏轉角度並將測得的信息傳送給控制單元6，還包括驅動x-y振鏡轉動的驅動機構，所述驅動機構為常規的伺服電機；所述透鏡4可以採用平凸透鏡、雙凸透鏡或平常掃描透鏡，起到對雷射束的聚焦作用即可；所述載物機構5為x-y軸移動平臺，可在控制單元6的調控下沿x、y方向帶動待打孔過濾膜工件移動。

更進一步地，還包括一ccd圖像傳感器，所述ccd圖像傳感器與所述振鏡單元相鄰設置，圖像傳感器的攝像頭朝向載物機構5的載物平面，實時監控雷射打孔的過程。

本實施例還提供一種利用實施例1所述的過濾膜(網)的雷射加工系統進行雷射打孔的方法，其包括如下步驟：

s1、採用控制單元6製作加工圖形，設置待打孔的孔徑和孔間距，並將該圖形信息導入至雷射器1終端；

s2、將待加工過濾膜(網)工件置於載物機構5的載物平面，設置雷射焦點位置和雷射加工參數，根據過濾膜(網)的厚度和材質設定雷射的脈寬、功率、波長等參數，雷射的脈寬可根據過濾膜的不同設置為毫秒、微秒、納秒、皮秒或飛秒級別，本實施例中，所述過濾膜(網)採用塑料材質，厚度為5-60μm；

s3、開啟雷射器1，進行雷射打孔，同時啟動ccd圖像傳感器，對雷射打孔過程全程實時監控，在雷射打孔的過程中控制所述載物機構5在x、y軸方向移動，以對工件的不同位置進行打孔加工。

顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。