加工玻璃噴墨片的裝置及其方法
2023-12-02 17:14:26 1
專利名稱：加工玻璃噴墨片的裝置及其方法
技術領域：
本發明涉及一種加工玻璃噴墨片的裝置及其方法，屬於玻璃雷射微加工、噴墨片加工技術領域。
背景技術：
噴墨片是印表機的核心器件。噴墨片對噴墨孔的形狀、邊緣效果和一致性有著極高的要求。傳統的噴墨片採用塑料材質，受熱後易變形老化，壽命較短；玻璃材質的噴墨片加工難度大、效率低、良率低也限制了使用。目前還未有一種能夠穩定高效、高質量加工玻璃噴墨片的方法。雷射切割技術的定義以雷射束為熱源，採用熱去除方法進行材料分離技術，從而形成切割道的材料加工方法。雷射束被聚焦在材料表面，使得材料表面溫度急劇升高而達到材料的蒸發氣化狀態，從而實現材料的去除。這裡面包含了材料對光束能量的吸收和材料中的熱傳導過程。在這個過程中，材料被加熱發生急劇氣化的過程，主要取決於雷射與材料作用時間和雷射光束強度。隨著印表機特別是3D印表機行業的持續增長，玻璃噴墨片作為高端應用，傳統加工方式已經無法滿足需求，因此，特別需要一種突破傳統的玻璃加工方法和裝置，而雷射作為現代工業中先進的加工手段，越發受到各個行業的重視，通過雷射實現玻璃加工的可行性和實用性也得到越來越多的驗證，但是目前還沒有一種能高效率、高質量和高精度進行噴墨片加工的裝備和工藝方法。
發明內容
本發明的目的是提供一種加工玻璃噴墨片的裝備和方法，克服傳統玻璃加工中存在的效率較低，邊緣效果不好等缺點。本發明的目的通過以下技術方案來實現
加工玻璃噴墨片的裝置，特點是包括雷射器、45度半透半反鏡和3D動態掃描振鏡，雷射器的輸出端布置有光閘，光閘的輸出端設置有擴束鏡，擴束鏡的輸出端布置有45度半透半反鏡，45度半透半反鏡的輸出端依次布置有同軸CCD和3D動態掃描振鏡，3D動態掃描振鏡的輸出端布置有聚焦鏡，聚焦鏡正對於工作平臺，工作平臺的一側安裝有吹氣裝置，工作平臺的另一側安裝有集塵裝置。進一步地，上述的加工玻璃噴墨片的裝置，所述雷射器是波長為266 1064nm的納秒、皮秒或飛秒雷射器。上述裝置用於加工玻璃噴墨片的方法，加工前雷射焦點聚焦位於玻璃的下表面，雷射器發出的雷射經過光閘控制開關光，光閘控制雷射開光後經過擴束鏡對光束進行同軸擴束，經擴束鏡擴束後光束經45度半透半反鏡，光路垂直改向；光束經3D動態掃描振鏡以及聚焦鏡聚焦在工件的下表面；控制系統將切割圖形轉化為數位訊號，然後驅動3D動態掃描振鏡中的反射鏡片掃描加工圖形，同軸CCD在加工開始前對工件進行精確定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位標誌，計算補償值，實現切割圖形和實際切割道的精確匹配；加工開始後，吹氣裝置和集塵裝置開始工作，將切割殘渣排除；加工時3D動態掃描振鏡自動將焦點提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿。本發明技術方案突出的實質性特點和顯著的進步主要體現在
本發明加工範圍不受材料物理、機械性能的限制，易於加工複雜型面、微細表面，易獲得良好的切割截面質量，切割碎屑汙染、熱應力、殘餘應力、冷作硬化、熱影響區等均比較小；能夠在封閉區域進行玻璃的異形切割，並有極高的穩定性；3D動態掃面聚焦鏡能大幅提升加工效率，使用玻璃可以透過的波長的雷射，聚焦在下表面開始加工，可形成垂直的切割截面。
下面結合附圖對本發明技術方案作進一步說明
圖1:本發明的結構示意圖。
具體實施例方式如圖1所示，加工玻璃噴墨片的裝置，包括雷射器1、45度半透半反鏡4和3D動態掃描振鏡6，雷射器I是波長為266 1064nm的納秒、皮秒或飛秒雷射器，雷射器I的輸出端布置有光閘2，光閘2的輸出 端設置有擴束鏡3，擴束鏡3的輸出端布置有45度半透半反鏡4，45度半透半反鏡4的輸出端依次布置有同軸(XD5和3D動態掃描振鏡6，3D動態掃描振鏡6的輸出端布置有聚焦鏡7，聚焦鏡7正對於工作平臺9，工作平臺的一側安裝有吹氣裝置8，工作平臺的另一側安裝有集塵裝置10。上述裝置用於加工玻璃噴墨片時，加工前雷射焦點聚焦位於玻璃的下表面，雷射器I發出的雷射經過電動光閘2控制開關光，具體由軟體控制感應信號來控制光閘2的開啟和關閉，從而實現雷射器I的外部控制雷射開關；光閘2控制雷射開光後經過擴束鏡3對光束進行同軸擴束，一方面改善光束傳播的發散角，達到光路準直的目的；另外一方面，可以控制雷射最終聚焦光斑的大小，得到理想的光斑大小，從而實現雷射穩定切割的目的；經擴束鏡3擴束後光束經45度半透半反鏡4，光路垂直改向；光束經3D動態掃描振鏡6、聚焦鏡7聚焦在工件的下表面；控制系統將切割圖形轉化為數位訊號，然後驅動3D動態聚焦振鏡6中的反射鏡片掃描加工圖形；同軸CCD 5在加工開始前對工件進行精確定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位標誌，計算補償值，實現切割圖形和實際切割道的精確匹配，加工時也能實時觀察加工進程和效果；加工開始後，吹氣裝置8和集塵裝置10開始工作，將切割殘渣排除，同時吹起也起冷卻效果，提高切割質量；加工時3D動態掃描振鏡6自動將焦點提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿，保證下方出孔的質量較好；加工完成後工作平臺9自動將玻璃噴墨片移出加工位置，便於物料取放。加工完成後噴墨孔邊緣會有微裂紋產生，對使用壽命有一定影響；需要將玻璃噴墨片放入HF酸溶液中進行腐蝕處理，將表面的微裂紋腐蝕消除，提高玻璃噴墨片的抗壓強度，延長使用壽命；同時側壁也變得更加光滑，提高噴墨的質量。本發明利用超短脈衝雷射器脈衝雷射的光路聚焦及掃描，對玻璃噴墨片進行高效穩定的加工。超短脈衝雷射短於絕大多數化學和物理反應，比如機械和熱力學的特徵時間等，峰值功率極高，由於超短雷射脈衝與物質相互中獨特的多光子吸收過程，其加工精度可以突破相干極限的瓶頸，從而使納米加工和相應微/納電子、微/納光學的許多構想成為可能。超快雷射脈衝序列可以控制電離過程、選擇性地電離原子、控制分子中基態轉動等。加工的材料為康寧、旭硝子玻璃及肖特玻璃等未鋼化及鋼化玻璃等透明材料，光學掃描聚焦系統將雷射聚焦在透明材料的下方，每層材料以間隔順序進行切割，對不同的玻璃厚度形成合適的切割寬度，達到切割玻璃的目的。雷射光路對超短脈衝雷射進行光學聚焦，將雷射透過玻璃聚焦在玻璃的下表面，實現最優化的高效運用雷射器的能量，提高效率；運用光學掃描聚焦系統，使雷射束運動加工出所需要的圖形，並使焦點從下往上移動，玻璃最終切穿；加工過程中輔助吹氣、集塵裝置及時將切割殘渣去除，以獲得較為高質量、高效率的玻璃加工效果。
超短脈衝雷射切割與傳統加工方法相比具有許多獨到之處
1)加工範圍不受材料物理、機械性能的限制，能加工任何硬的、軟的、脆的、耐熱或高熔點金屬以及非金屬材料；
2)易於加工複雜型面、微細表面；
3)易獲得良好的切割截面質量，切割碎屑汙染、熱應力、殘餘應力、冷作硬化、熱影響區等均比較小；
4)能夠在封閉區域進行玻璃的異形切割，並有極高的穩定性；
5)3D動態掃面聚焦鏡能大幅提升加工效率；
6)使用玻璃可以透過的波長的雷射，聚焦在下表面開始加工，可以形成垂直的切割截面。需要理解到的是以上所述僅是本發明的優選實施方式，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.加工玻璃噴墨片的裝置，其特徵在於包括雷射器、45度半透半反鏡和3D動態掃描振鏡，雷射器的輸出端布置有光閘，光閘的輸出端設置有擴束鏡，擴束鏡的輸出端布置有45度半透半反鏡，45度半透半反鏡的輸出端依次布置有同軸CCD和3D動態掃描振鏡，3D動態掃描振鏡的輸出端布置有聚焦鏡，聚焦鏡正對於工作平臺，工作平臺的一側安裝有吹氣裝置，工作平臺的另一側安裝有集塵裝置。
2.根據權利要求1所述的加工玻璃噴墨片的裝置，其特徵在於所述雷射器是波長為266 1064nm的納秒、皮秒或飛秒雷射器。
3.權利要求1所述裝置用於加工玻璃噴墨片的方法，其特徵在於加工前雷射焦點聚焦位於玻璃的下表面，雷射器發出的雷射經過光閘控制開關光，光閘控制雷射開光後經過擴束鏡對光束進行同軸擴束，經擴束鏡擴束後光束經45度半透半反鏡，光路垂直改向；光束經3D動態掃描振鏡以及聚焦鏡聚焦在工件的下表面；控制系統將切割圖形轉化為數位訊號，然後驅動3D動態掃描振鏡中的反射鏡片掃描加工圖形，同軸CCD在加工開始前對工件進行精確定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位標誌，計算補償值，實現切割圖形和實際切割道的精確匹配；加工開始後，吹氣裝置和集塵裝置開始工作，將切割殘渣排除；加工時3D動態掃描振鏡自動將焦點提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿。
全文摘要
本發明涉及加工玻璃噴墨片的裝置及方法，雷射器發出的雷射經過光閘控制開關光，經過擴束鏡對光束進行同軸擴束，擴束後光束經45度半透半反鏡，光路垂直改向；光束經3D動態掃描振鏡以及聚焦鏡聚焦在工件的下表面；控制系統將切割圖形轉化為數位訊號，驅動3D動態掃描振鏡中的反射鏡片掃描加工圖形，同軸CCD在加工開始前對工件進行精確定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位標誌，計算補償值，實現切割圖形和實際切割道的精確匹配；加工開始後，吹氣裝置和集塵裝置開始工作，將切割殘渣排除；加工時3D動態掃描振鏡自動將焦點提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿。易於加工複雜型面、微細表面，易獲得良好的切割截面質量。
文檔編號C03B33/00GK103058508SQ20121058239
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月28日 優先權日2012年12月28日
發明者趙裕興, 狄建科, 益凱劼 申請人:蘇州德龍雷射股份有限公司