一種新的雷射微雕方法
2023-06-07 00:11:36
專利名稱：一種新的雷射微雕方法
技術領域：
本發明涉及一種微孔的加工方法，特別是一種雷射微雕方法。
背景技術：
雷射光束具有方向性好、亮度高、照度大三個特點，歸納為一點，就是雷射束的能量在空間高度集中。對於高度平行的雷射束，通過透鏡後可聚焦於很小一點，在該點產生高溫，使材料熔化或氣化，靠急劇膨脹的衝擊波穿透工件，工業上廣泛利用這個原理進行打孔、切割、焊接等加工，由於雷射聚焦後焦點光斑的直徑決定於所用的雷射的發散角和物鏡的焦距，孔或微坑的直徑受雷射光斑直徑限制，要想在工件上得到微尺寸孔或坑就非常不容易，因為微孔的孔逕取決於所用雷射束的發散角和物鏡的焦距，發散角和焦距越大，打出的孔就越大，他們的關係是光斑直徑(d)≈雷射發散角(θ)×透鏡焦距(f)，CO2雷射的發散角一般為0.001，如用焦距為100毫米的透鏡，那麼焦點處光斑的直徑為d≈θ×f＝0.001×100＝0.1毫米＝100微米，該數值幾乎為雷射直接打孔的極限，因此通常雷射打孔方法難以獲得更小直徑的孔。
目前藝術加工過程中經常應用的雷射微雕是將能量很小的雷射微光束在被雕刻工件上移動，將需要鏤空的部分沿周邊切割掉的技術。雷射微雕技術廣泛用於藝術品的加工，通過雷射微雕雕刻的孔周邊毛刺小、孔的光潔度很高，可以運用該技術雕刻出非常小的微孔，以滿足各種應用。但是現有的雷射微雕技術由於對微孔進行逐個雕刻，存在需要雕刻相同尺度微孔時難以控制為一致大小的缺點，且每個微孔都需沿周邊連續雕刻而得，成孔速度慢。
發明內容
本發明克服現有技術微孔加工領域中普通雷射加工方法加工困難及微雕加工難以控制微孔的一致性及微孔加工速度慢的技術缺陷，設計一種微孔的雷射微雕方法，可以簡便實現微孔的加工且加工一致性好、加工速度快。
本發明的技術方案是這樣的從雷射源發出的雷射經過透鏡後作用在被雕刻的工件上，其特徵在於在透鏡與工件之間設置一光闌，所述光闌闌孔的形狀與需要微雕成的斑痕相同。
所述光闌緊靠工件。
所述斑痕為微孔。
所述斑痕為微坑。
所述雷射由二氧化碳雷射器產生。
所述光闌由金屬材料製作。
所述工件可以是紙張、塑料、木材、橡膠等材料。
所述工件可以是金屬薄膜。
所述工件上的微孔和/或微坑為圓形，圓孔和/或坑的直徑為30-120微米。
所述工件上的微孔和/或微坑為橢圓形，其長軸的長度範圍為100-200微米，短軸的長度為30-80微米。
所述工件上的微孔和/或微坑為三角形。
所述工件上的微孔和/或微坑為不規則孔和/或坑。
本發明由於在透鏡與工件之間設置一光闌，所述光闌闌孔的形狀與需要微雕成的斑痕相同，這樣雷射束經透鏡聚焦後經光闌的作用，一部分發散的光和與斑痕形狀不一致的外圍雷射就被擋住，只剩下作用在工件上與工件的斑痕匹配的雷射束，就能將工件雕刻成所需的微孔。由於僅僅通過增加一光闌就可實現微孔的雕刻，因此本發明方法簡單方便，實現容易，又由於光闌的闌孔是預先設定好的，只需移動工件，就可以用同一光闌雕刻出一致性非常好的微孔，且可實現高速打孔。
圖1是本發明的原理圖；圖2是雷射打孔形成孔放大後的剖面圖。
具體實施例方式圖1中二氧化碳雷射器發出的雷射1經過光路到達透鏡2，聚焦後通過光闌3到達工件4，由於光闌3上闌孔與工件4上要雕刻掉的斑痕的形狀一致，聚焦後的雷射經光闌3後，發散的光及不需要的光被擋住，而與斑痕一致的集中的光即可到達工件，這樣，工件上的灼痕變小，即孔徑變小，本發明方法可以打出遠遠小於1 00微米的微孔，優選可打出30-100微米圓孔和/或微坑。
所述工件上的微孔和/或微坑可為橢圓形，其長軸的長度範圍為100-200微米，短軸的長度為30-80微米。所述工件上的微孔和/或微坑為三角形。
所述工件上的微孔和/或微坑為不規則孔和/或坑。
本發明的光闌由金屬材料製作，工件可以是紙張、塑料、木材、橡膠等非金屬材料，也可以是金屬薄膜。
圖2中顯示雷射打孔時孔的剖面圖，孔像一喇叭口，對於通常雷射打孔，喇叭大口直徑D2與透光孔徑D1之比通常為D2/D1≈1.8-2(當D1在150μm以下時)因此喇叭口所佔據的直徑為實際透光孔直徑的近兩倍，如果將小孔組成圖案，確保工件有足夠的強度而不會被打孔所破壞，小孔之間的孔距應大於等於700μm，即通常雷射打孔不能打出靠得很近的微孔。通常的雷射微雕方法打出的小孔的喇叭口能縮小，達D2/D1≈1.2-1.3，實現打出緊密排列的兩個或兩個以上的小孔，同時毛邊小。本發明方法能夠實現與普通微雕相近甚至更小的D2/D1比值，因此本發明保留了雷射微雕小孔毛邊小、孔光潔度高的優點，而實現方法卻很簡單，還能實現快速打孔。
優選實施例將所述光闌緊靠工件，光闌距離工件可為10-20微米。
權利要求
1.一種新的雷射微雕方法，將從雷射源發出的雷射經過透鏡後作用在被雕刻的工件上，其特徵在於在透鏡與工件之間設置一光闌，所述光闌闌孔的形狀與需要微雕成的斑痕相同。
2.根據權利要求1所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述光闌緊靠工件。
3.根據權利要求1或2所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述斑痕為微孔。
4.根據權利要求1或2所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述斑痕為微坑。
5.根據權利要求1或2所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於光闌為金屬材料。
6.根據權利要求1或2所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述工件可以是紙張、塑料、木材、橡膠或金屬薄膜。
7.根據權利要求3所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述工件上的微孔為圓形，圓孔直徑為30-120微米。
8.根據權利要求3所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述工件上的微孔為橢圓形，其長軸的長度範圍為100-200微米，短軸的長度為30-80微米。
9.根據權利要求3所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述工件上的微孔為三角形。
10.根據權利要求3所述的一種新的雷射微雕方法，其特徵在於所述工件上的微孔為不規則孔。
全文摘要
一種新的雷射微雕方法，涉及一種雷射打孔方法，將從雷射源發出的雷射經過透鏡後作用在被雕刻的工件上，其特徵在於在透鏡與工件之間設置一光闌，所述光闌闌孔的形狀與需要微雕成的斑痕相同。本發明可以簡便實現微孔的加工且加工一致性好、加工速度快。
文檔編號B23K26/36GK1502443SQ0215330
公開日2004年6月9日 申請日期2002年11月27日 優先權日2002年11月27日
發明者戴立盛, 趙越 申請人:中國印鈔造幣總公司