专利名称：加工玻璃喷墨片的装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种加工玻璃喷墨片的装置及其方法，属于玻璃激光微加工、喷墨片加工技术领域。
背景技术：
喷墨片是打印机的核心器件。喷墨片对喷墨孔的形状、边缘效果和一致性有着极高的要求。传统的喷墨片采用塑料材质，受热后易变形老化，寿命较短；玻璃材质的喷墨片加工难度大、效率低、良率低也限制了使用。目前还未有一种能够稳定高效、高质量加工玻璃喷墨片的方法。激光切割技术的定义以激光束为热源，采用热去除方法进行材料分离技术，从而形成切割道的材料加工方法。激光束被聚焦在材料表面，使得材料表面温度急剧升高而达到材料的蒸发气化状态，从而实现材料的去除。这里面包含了材料对光束能量的吸收和材料中的热传导过程。在这个过程中，材料被加热发生急剧气化的过程，主要取决于激光与材料作用时间和激光光束强度。随着打印机特别是3D打印机行业的持续增长，玻璃喷墨片作为高端应用，传统加工方式已经无法满足需求，因此，特别需要一种突破传统的玻璃加工方法和装置，而激光作为现代工业中先进的加工手段，越发受到各个行业的重视，通过激光实现玻璃加工的可行性和实用性也得到越来越多的验证，但是目前还没有一种能高效率、高质量和高精度进行喷墨片加工的装备和工艺方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种加工玻璃喷墨片的装备和方法，克服传统玻璃加工中存在的效率较低，边缘效果不好等缺点。本发明的目的通过以下技术方案来实现
加工玻璃喷墨片的装置，特点是包括激光器、45度半透半反镜和3D动态扫描振镜，激光器的输出端布置有光闸，光闸的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有45度半透半反镜，45度半透半反镜的输出端依次布置有同轴CCD和3D动态扫描振镜，3D动态扫描振镜的输出端布置有聚焦镜，聚焦镜正对于工作平台，工作平台的一侧安装有吹气装置，工作平台的另一侧安装有集尘装置。进一步地，上述的加工玻璃喷墨片的装置，所述激光器是波长为266 1064nm的纳秒、皮秒或飞秒激光器。上述装置用于加工玻璃喷墨片的方法，加工前激光焦点聚焦位于玻璃的下表面，激光器发出的激光经过光闸控制开关光，光闸控制激光开光后经过扩束镜对光束进行同轴扩束，经扩束镜扩束后光束经45度半透半反镜，光路垂直改向；光束经3D动态扫描振镜以及聚焦镜聚焦在工件的下表面；控制系统将切割图形转化为数字信号，然后驱动3D动态扫描振镜中的反射镜片扫描加工图形，同轴CCD在加工开始前对工件进行精确定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位标志，计算补偿值，实现切割图形和实际切割道的精确匹配；加工开始后，吹气装置和集尘装置开始工作，将切割残渣排除；加工时3D动态扫描振镜自动将焦点提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿。本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在
本发明加工范围不受材料物理、机械性能的限制，易于加工复杂型面、微细表面，易获得良好的切割截面质量，切割碎屑污染、热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小；能够在封闭区域进行玻璃的异形切割，并有极高的稳定性；3D动态扫面聚焦镜能大幅提升加工效率，使用玻璃可以透过的波长的激光，聚焦在下表面开始加工，可形成垂直的切割截面。
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明
图1:本发明的结构示意图。
具体实施例方式如图1所示，加工玻璃喷墨片的装置，包括激光器1、45度半透半反镜4和3D动态扫描振镜6，激光器I是波长为266 1064nm的纳秒、皮秒或飞秒激光器，激光器I的输出端布置有光闸2，光闸2的输出 端设置有扩束镜3，扩束镜3的输出端布置有45度半透半反镜4，45度半透半反镜4的输出端依次布置有同轴(XD5和3D动态扫描振镜6，3D动态扫描振镜6的输出端布置有聚焦镜7，聚焦镜7正对于工作平台9，工作平台的一侧安装有吹气装置8，工作平台的另一侧安装有集尘装置10。上述装置用于加工玻璃喷墨片时，加工前激光焦点聚焦位于玻璃的下表面，激光器I发出的激光经过电动光闸2控制开关光，具体由软件控制感应信号来控制光闸2的开启和关闭，从而实现激光器I的外部控制激光开关；光闸2控制激光开光后经过扩束镜3对光束进行同轴扩束，一方面改善光束传播的发散角，达到光路准直的目的；另外一方面，可以控制激光最终聚焦光斑的大小，得到理想的光斑大小，从而实现激光稳定切割的目的；经扩束镜3扩束后光束经45度半透半反镜4，光路垂直改向；光束经3D动态扫描振镜6、聚焦镜7聚焦在工件的下表面；控制系统将切割图形转化为数字信号，然后驱动3D动态聚焦振镜6中的反射镜片扫描加工图形；同轴CCD 5在加工开始前对工件进行精确定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位标志，计算补偿值，实现切割图形和实际切割道的精确匹配，加工时也能实时观察加工进程和效果；加工开始后，吹气装置8和集尘装置10开始工作，将切割残渣排除，同时吹起也起冷却效果，提高切割质量；加工时3D动态扫描振镜6自动将焦点提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿，保证下方出孔的质量较好；加工完成后工作平台9自动将玻璃喷墨片移出加工位置，便于物料取放。加工完成后喷墨孔边缘会有微裂纹产生，对使用寿命有一定影响；需要将玻璃喷墨片放入HF酸溶液中进行腐蚀处理，将表面的微裂纹腐蚀消除，提高玻璃喷墨片的抗压强度，延长使用寿命；同时侧壁也变得更加光滑，提高喷墨的质量。本发明利用超短脉冲激光器脉冲激光的光路聚焦及扫描，对玻璃喷墨片进行高效稳定的加工。超短脉冲激光短于绝大多数化学和物理反应，比如机械和热力学的特征时间等，峰值功率极高，由于超短激光脉冲与物质相互中独特的多光子吸收过程，其加工精度可以突破相干极限的瓶颈，从而使纳米加工和相应微/纳电子、微/纳光学的许多构想成为可能。超快激光脉冲序列可以控制电离过程、选择性地电离原子、控制分子中基态转动等。加工的材料为康宁、旭硝子玻璃及肖特玻璃等未钢化及钢化玻璃等透明材料，光学扫描聚焦系统将激光聚焦在透明材料的下方，每层材料以间隔顺序进行切割，对不同的玻璃厚度形成合适的切割宽度，达到切割玻璃的目的。激光光路对超短脉冲激光进行光学聚焦，将激光透过玻璃聚焦在玻璃的下表面，实现最优化的高效运用激光器的能量，提高效率；运用光学扫描聚焦系统，使激光束运动加工出所需要的图形，并使焦点从下往上移动，玻璃最终切穿；加工过程中辅助吹气、集尘装置及时将切割残渣去除，以获得较为高质量、高效率的玻璃加工效果。
超短脉冲激光切割与传统加工方法相比具有许多独到之处
1)加工范围不受材料物理、机械性能的限制，能加工任何硬的、软的、脆的、耐热或高熔点金属以及非金属材料；
2)易于加工复杂型面、微细表面；
3)易获得良好的切割截面质量，切割碎屑污染、热应力、残余应力、冷作硬化、热影响区等均比较小；
4)能够在封闭区域进行玻璃的异形切割，并有极高的稳定性；
5)3D动态扫面聚焦镜能大幅提升加工效率；
6)使用玻璃可以透过的波长的激光，聚焦在下表面开始加工，可以形成垂直的切割截面。需要理解到的是以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.加工玻璃喷墨片的装置，其特征在于包括激光器、45度半透半反镜和3D动态扫描振镜，激光器的输出端布置有光闸，光闸的输出端设置有扩束镜，扩束镜的输出端布置有45度半透半反镜，45度半透半反镜的输出端依次布置有同轴CCD和3D动态扫描振镜，3D动态扫描振镜的输出端布置有聚焦镜，聚焦镜正对于工作平台，工作平台的一侧安装有吹气装置，工作平台的另一侧安装有集尘装置。
2.根据权利要求1所述的加工玻璃喷墨片的装置，其特征在于所述激光器是波长为266 1064nm的纳秒、皮秒或飞秒激光器。
3.权利要求1所述装置用于加工玻璃喷墨片的方法，其特征在于加工前激光焦点聚焦位于玻璃的下表面，激光器发出的激光经过光闸控制开关光，光闸控制激光开光后经过扩束镜对光束进行同轴扩束，经扩束镜扩束后光束经45度半透半反镜，光路垂直改向；光束经3D动态扫描振镜以及聚焦镜聚焦在工件的下表面；控制系统将切割图形转化为数字信号，然后驱动3D动态扫描振镜中的反射镜片扫描加工图形，同轴CCD在加工开始前对工件进行精确定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位标志，计算补偿值，实现切割图形和实际切割道的精确匹配；加工开始后，吹气装置和集尘装置开始工作，将切割残渣排除；加工时3D动态扫描振镜自动将焦点提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿。
全文摘要
本发明涉及加工玻璃喷墨片的装置及方法，激光器发出的激光经过光闸控制开关光，经过扩束镜对光束进行同轴扩束，扩束后光束经45度半透半反镜，光路垂直改向；光束经3D动态扫描振镜以及聚焦镜聚焦在工件的下表面；控制系统将切割图形转化为数字信号，驱动3D动态扫描振镜中的反射镜片扫描加工图形，同轴CCD在加工开始前对工件进行精确定位，利用抓靶程序抓取工件上的定位标志，计算补偿值，实现切割图形和实际切割道的精确匹配；加工开始后，吹气装置和集尘装置开始工作，将切割残渣排除；加工时3D动态扫描振镜自动将焦点提升，由下往上切割玻璃加工玻璃直至完全切穿。易于加工复杂型面、微细表面，易获得良好的切割截面质量。
文档编号C03B33/00GK103058508SQ20121058239
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月28日 优先权日2012年12月28日
发明者赵裕兴, 狄建科, 益凯劼 申请人:苏州德龙激光股份有限公司