用于切割PC材料的飞秒激光切割设备的制作方法

用于切割pc材料的飞秒激光切割设备
技术领域
1.本实用新型涉及激光加工技术领域，特别涉及一种用于切割pc材料的飞秒激光切割设备。


背景技术：

2.pc(聚碳酸酯)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，其具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点，是一种高科技、综合性能极其卓越、节能环保型塑料材料。
3.现有的激光切割pc设备，pc切割边缘质量差、热影响大、碳化严重、且切割截面很粗糙，同时会产生大量有害的粉尘和气体。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的是提出一种用于切割pc材料的飞秒激光切割设备，旨在解决激光加工pc时，切割截面粗糙，产生有害物质的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提出一种用于切割pc材料的飞秒激光切割设备，该飞秒激光切割设备包括超短脉冲激光器和贝塞尔切割头，所述超短脉冲激光器用于发射飞秒激光；所述飞秒激光经过所述贝塞尔切割头形成贝塞尔光束，所述贝塞尔光束穿透待加工物内部形成聚焦光斑。
6.在一实施例中，所述飞秒激光切割设备还包括多个反光镜座，多个所述反光镜座设于所述超短脉冲激光器和所述贝塞尔切割头的光路之间，多个所述反光镜座改变所述飞秒激光的光路射入所述贝塞尔切割头。
7.在一实施例中，所述飞秒激光切割设备还包括扩束镜，所述扩束镜设于相邻两所述反光镜座之间。
8.在一实施例中，所述飞秒激光切割设备还包括移动平台，所述移动平台设于所述待加工物的下方，所述移动平台可移动所述待加工物。
9.在一实施例中，所述贝塞尔切割头的内部设有聚焦镜片，所述飞秒激光经过所述聚焦镜片形成所述贝塞尔光束。
10.在一实施例中，所述聚焦光斑的直径为4至6μm。
11.在一实施例中，所述超短脉冲激光器的最大脉冲能量为300至500μj。
12.在一实施例中，所述超短脉冲激光器的功率为100至120w。
13.在一实施例中，所述超短脉冲激光器的脉宽为400至600fs。
14.在一实施例中，所述飞秒激光切割设备的切割速度为180至200mm/s。
15.本实用新型技术方案通过采用超短脉冲激光器配合贝塞尔切割头产生高峰值高功率的贝塞尔激光束，使得pc切割截面平整，热影响小，不易产生有害气体和物质。
附图说明
16.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
17.图1为本实用新型飞秒激光切割设备一实施例的结构示意图；
18.图2为本实用新型飞秒激光切割设备一实施例的左视图；
19.图3为本实用新型飞秒激光切割设备一实施例的正视图；
20.图4为本实用新型飞秒激光切割设备一实施例的后视图；
21.图5为本实用新型飞秒激光切割设备一实施例的贝塞尔光束形成原理图图；
22.图6为现有技术与本实用新型切割效果整体外观对比图；
23.图7为现有技术与本实用新型切割截面对比图。
24.附图标号说明：
[0025][0026][0027]
本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
[0028]
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0029]
需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
[0030]
另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，若全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。
[0031]
pc(聚碳酸酯)是分子链中含有碳酸酯基的高分子聚合物，其中芳香族聚碳酸酯获
得了工业化生产，其具有透明度高、质轻、抗冲击、隔音、隔热、难燃、抗老化等特点。现有的激光切割pc在进行切割时，pc会存在切割边缘质量差、热影响大、碳化严重、且切割截面很粗糙，同时加工过程中会产生大量的粉尘和有害气体。本实用新型提出一种飞秒激光切割设备，利用超短脉冲激光器100配合贝塞尔切割头200产生高峰值高功率的贝塞尔激光束，使得pc切割截面平整，热影响小，不易产生有害气体和物质。
[0032]
请参阅图1至图7，在本实用新型实施例中，该飞秒激光切割设备包括超短脉冲激光器100和贝塞尔切割头200，所述超短脉冲激光器100用于发射飞秒激光110；所述飞秒激光110经过所述贝塞尔切割头200形成贝塞尔光束210，所述贝塞尔光束210穿透待加工物内部形成聚焦光斑。
[0033]
具体来说，超短脉冲激光器100可发出飞秒激光110，飞秒激光110具有超短、超强的特点，飞秒激光110的脉宽极低，飞秒激光110可以将其能量全部、快速、准确地集中在限定的作用区域，实现对pc等材料的微尺寸加工，具有其它激光加工无法比拟的优势。贝塞尔切割头200可聚焦形成十分细微的小聚焦光斑，能量集中，其自身加工pc材料便可实现较佳的切割效果。
[0034]
在本实施例中，超短脉冲激光器100配合贝塞尔切割头200产生一种高峰值高功率的贝塞尔光束210，贝塞尔光束210作用于待加工pc材料的内部形成聚焦光斑，对致密的材料进行改质，变成结合松散易于分断的材料整体。发生步骤如下所述：超短脉冲激光器100发出高峰值功率的飞秒激光110，该飞秒激光110会射入贝塞尔切割头200，贝塞尔切割头200把高峰值功率的飞秒激光110整形为高峰值功率的贝塞尔激光束。贝塞尔光束210穿透待加工物的材料内部形成聚焦光斑，由于贝塞尔激光束继承了飞秒激光110能将其能量全部快速准确地集中的特点，同时经过贝塞尔切割头200的聚焦作用，使得激光能量更强更集中。该贝塞尔激光束能量作用于待加工物的材料内部进行加工，待加工物由原先的结构紧凑、结合紧密、不易分断的整体改变形成结合松散、易于分断的较脆整体，这个过程叫做激光改质。移动待加工物使得其点连成线，待加工物在这条线的路径上被激光改质，而后使用裂片机将待加工物裂开，便完成了对待加工物的加工流程。
[0035]
高峰值高功率的贝塞尔光束210加工热影响小，无热熔区，融边小，不会出现加工面的熔融、裂缝等现象，解决现有技术的pc边缘和截面碳化严重的问题，保证加工面平整，实现高精度、高质量、高分辨率加工。激光束加工过程中，不会出现有害物质，解决了现有激光切割pc产生大量有害粉尘和气体的问题。
[0036]
参阅图6，左侧为现有技术切割pc材料的整体效果图，右侧为本实用新型飞秒激光切割设备切割pc材料的整体效果图，对比可以看出，现有技术在切割边缘会出现少许异色，这是由于现有技术切割热影响大的原因，而本实用新型则呈现出表面平整光滑的特征。参阅图7，左侧为通过显微镜观察的现有技术切割截面图，右侧为通过显微镜观察的本实用新型切割截面图，可以看出，现有技术表面较为粗糙且热影响大，本实用新型表面更加光滑，热影响小，可以做到无痕切割。综上所述，本实用新型对比现有技术具有显著的进步。
[0037]
本实用新型利用飞秒激光超短脉冲、能量集中、热影响小的特点配合贝塞尔切割头200产生的聚焦光斑小的特点，实现pc材料切割截面平整，不产生粉尘等有害物质，同时本实用新型有效提高加工效率。
[0038]
请参阅图1，进一步地，所述飞秒激光切割设备还包括多个反光镜座300，多个所述
反光镜座300设于所述超短脉冲激光器100和所述贝塞尔切割头200的光路之间，多个所述反光镜座300改变所述飞秒激光110的光路射入所述贝塞尔切割头200。反光镜座300可以是2个、3个、4个、5个等，在此不做具体限定。多个反光镜座300调整飞秒激光110的光路射入贝塞尔切割头200整合成高峰值功率的贝塞尔光束210。
[0039]
进一步地，为了增强加工效果，在本实施例中，所述飞秒激光切割设备还包括扩束镜400，所述扩束镜400设于相邻两所述反光镜座300之间。高峰值功率的飞秒激光110进入扩束镜400后，输出直径更大，发散角更小的激光束，小的发散角使得飞秒激光110进过贝塞尔切割头200时，聚焦效果更好，更利于实现高质量、高精度加工。
[0040]
在本实施例中，所述飞秒激光切割设备还包括移动平台，所述移动平台设于所述待加工物的下方，所述移动平台可移动所述待加工物。可以理解的是，当高峰值功率的贝塞尔激光束210在pc材料内部形成聚焦光斑时，聚焦光斑是点状的。为了满足pc材料的切割，在pc材料上形成切割线，可以使用移动平台对待加工的pc材料，使得聚焦光斑沿预设位置由点形成一条切割线进行切割。
[0041]
请参阅图5，在本实施例中，所述贝塞尔切割头200的内部设有聚焦镜片220，所述飞秒激光110经过所述聚焦镜片220形成所述贝塞尔光束210。可以理解的是，飞秒激光110经过反射镜和扩束镜的处理，透过贝塞尔切割头200内部的聚焦镜片220。本实用新型飞秒激光切割设备的光路原理为：由超短脉冲激光器100发出的发秒激光110，到达聚焦镜片220的入射端面，经入射端面透射后到达出射端面发生折射，聚焦镜片220的两侧部分的飞秒激光110互相聚焦形成贝塞尔光束210。
[0042]
在本实施例中，所述聚焦光斑的直径为4至6μm。可以理解的是，聚焦光斑的直径可以是4μm，或者是5μm，或者是6μm等，聚焦光斑的直径可以根据pc切割的精度和质量需要进行选择。现选取聚焦光斑的直径为5μm进行举例说明，超短脉冲激光器100发出飞秒激光110经过贝塞尔切割头200整合成高峰值高功率的贝塞尔激光束210，贝塞尔激光书透过pc材料内部形成直径为5μm的聚焦光斑，如此小的聚焦光斑光束能量更加集中，可以满足用户对pc材料精致标刻的需求。
[0043]
在本实施例中，所述超短脉冲激光器100的最大脉冲能量为300至500μj。即超短脉冲激光器100的能量峰值可以是300μj，也可以是400μj等。可以理解的是，最大脉冲能量越大，爆发的能量就越大，切割pc时产生的截面更加平整，同时产生的粉尘等有害物质越少。
[0044]
本实用新型飞秒激光切割设备在切割pc时，其输出功率与加工的熔融能力有直接关系，为了达到更好的切割效果，超短脉冲激光器100的功率越高，贝塞尔激光束210切割速度越快，可以切割的材料厚度越大。若功率过大，切口周围热影响大，容易出现熔损。在本实施例中，所述超短脉冲激光器100的功率为100至120w。例如超短脉冲激光器100的功率为100w。
[0045]
激光器的脉宽即脉冲能量持续时间的长短。激光器的脉宽越短，激光器短时间内释放的能量大，接触材料时间短，在进行加工时，加工效果干净、热影响更小、精度更高，实现快准狠加工。在本实施例中，所述超短脉冲激光器100的脉宽为400至600fs。可以理解的是，超短脉冲激光器100的脉宽可以是400fs、500fs、600fs都是可以的。超短的脉宽使得激光的峰值功率非常高，与连续激光或长脉宽激光不同，短脉宽实现了相对意义的冷加工，有效减少加工过程中对pc材料切割截面热影响大的问题。
[0046]
切割速度影响着生产效率，切割速度越快，产生效率就越快。在本实施例中，所述飞秒激光切割设备的切割速度为180至200mm/s。飞秒激光切割设备的切割速度可以是180mm/s、190mm/s、200mm/s等等，可以根据需求进行选择。
[0047]
以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。