[实用新型]一种激光加工装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种激光加工装置，特别是涉及一种采用2微米波长脉冲光纤激光器的激光加工装置，用于激光打标、切割、钻孔、焊接加工。 

背景技术

塑料或含有机材料平面板材或表面增强玻璃板材的切割、钻孔、焊接等加工在现代工业和医疗器械设备领域是一项十分重要的加工工艺。 

例如碳纤维增强复合材料（CFRP）的加工（如切割，钻孔等），碳纤维增强复合材料是由质软而粘性大的基体材料和强度高、硬度大的碳纤维增强材料混合而成的二相或多相结构，是典型的难加工材料，碳纤维增强复合材料钻削加工中主要存在以下问题：材料硬度大，其制孔工艺复杂，对刀具和工艺参数的要求更高，因而钻孔时钻头磨损很快；在钻孔过程中，易产生分层等缺陷；材料属于各向异性材料，钻孔处的应力集中较大，极易引起劈裂等缺陷；热导率小，线胀系数和弹性恢复大；钻孔时，存在缩孔现象；切屑为粉尘状，对人体健康危害大。 

例如可降解支架的加工，可降解支架是医学上一种用于治疗心血管疾病的器件，心血管疾病的主要病因是心血管的变窄或堵塞而造成血液循环困难，从而产生心绞痛，心肌梗死甚至出现生命危险。目前医学界针对这种病的治疗方法主要是将一种网状金属支架植入人体动脉狭窄的地方，将血管撑开，这种网状支架，通过外科手术植入人体，可以与人体溶为一体，称为人血管可降解支架。目前市场上用于可降解支架加工的激光主要是固体激光（如1微米YAG激光）和1微米波长光纤激光。固体激光由于光束质量原因支架加工缝隙不光滑，热影响区大，重要的是加工精度满足不了医学器件的要求；而1微米激光由于加工过程中的热烧蚀，这种加工光源也有其缺陷。 

相比上述机械加工方法存在的严重缺陷，激光加工属于非接触式加工过程，比较适合含有机材料的塑料薄膜、碳纤维增强复合材料等和表面增强玻璃等材料的加工。目前比较常用的是采用二氧化碳激光器光源的激光焊接、钻孔和切割的加工方法，但采用二氧化碳激光往往容易造成加工截面烧蚀碳化，另外在进行微小尺寸的加工时，加工面的粗燥度也得不到保证。塑料薄膜、生物有机材料等含有OH- 的有机材料组成的薄膜和含有一些有机材料成分可降解支架（碳纤维增强复合材料含有较高数量的有机材料）等在2微米左右波长的高的吸收特性等使得2微米脉冲激光相比前述激光波长在这些材料的激光加工（如切割、钻孔、焊接等）中具有更好的加工性能和效率, 另外2微米是人眼安全波长。现有的脉冲2微米波长激光光源主要是固体激光器和采用非线性光学方法（如OPO 和OPA及差频等）产生的激光，但由于目前这些2微米高功率激光光源存在着稳定性可靠性差、昂贵、需要复杂的维护等缺点，所以使得2微米波长脉冲激光器在工业激光加工特别是在塑料加工等工业领域的大规模使用几乎是一个空白。 

发明内容

本实用新型的发明目的是提供一种采用2微米波长脉冲全光纤激光器作为激光加工光源，以弥补现有技术中激光加工波长的不足，满足一些对2微米波长激光有特殊吸收特性的材料与器件的激光加工的需求。 

为达到上述发明目的，本实用新型采用的技术方案是：一种激光加工装置，包括激光器、激光准直扩束系统、激光加工头、控制系统和加工平台，激光器输出激光经过激光准直扩束系统和激光加工头导入到放置在加工平台的工件上，所述激光器是波长在1.7μm～2.2μm的脉冲光纤激光器，所述脉冲光纤激光器设有产生脉宽从100飞秒到900纳秒激光脉冲序列的脉冲控制模块。 

使用时，激光器输出的脉冲激光经过一个激光准直扩束系统进行激光准直扩束；准直扩束后的脉冲激光进入一个带有激光聚焦系统的激光加工头中，激光光学聚焦系统的焦距为10到500毫米；经过激光加工头后的激光光束垂直聚焦到塑料薄膜等加工件上；控制系统是通过计算机控制板与脉冲光纤激光器、激光加工头与放置塑料薄膜等加工件的加工平台相连接，实现脉冲光纤激光器、可移动激光加工头和塑料薄膜等加工件三者之间的同步和加工控制，完成激光加工。

上述技术方案中，所述的脉冲光纤激光器的脉冲宽度可以为纳秒（10-9秒）到皮秒（10-12秒）到飞秒（10-15秒）脉冲宽度，脉冲光纤激光器波长从1.7微米到 2.2微米,输出峰值激光功率大于2 kW。 

上述技术方案中，脉冲光纤激光器输出的脉冲激光可以经过一个光纤隔离器后进入激光准直扩束系统进行激光准直扩束，光纤隔离器的功能是防止来自后续光路的反馈激光对脉冲光纤激光器的影响；激光加工头可以整体移动以适应大尺寸工件的加工要求；加工平台可以是一维，二维或三维可以移动的工作平台，根据加工件加工的目的不同而定。