[发明专利]一种用于曲面结构成形的激光刻蚀方法及装置

说明书

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种用于曲面结构成形的激光刻蚀方法及装置。首先，将需去除材料划分为主体区及壳体区，在主体区及壳体区选取特征点；然后，根据所要加工曲面的三维结构特征，采用梯度式分层刻蚀方法对主体区进行刻蚀；刻蚀至特征点位置时，测量特征点的坐标，当主体区所有特征点的测量坐标与理论坐标的误差在设定范围内时，结束主体区的加工，进入壳体区加工；最后，根据所要加工曲面的三维结构特征，采用精细三维扫描方法对壳体区进行刻蚀加工；刻蚀至特征点位置时，测量特征点的坐标，当所有特征点的测量坐标与理论坐标差值的平均值小于设定值时，结束壳体区的加工。在曲面结构成形过程中保证了精度并提高了效率。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，特别涉及一种采用超快激光实现硬脆材料三维曲面结构精细成形的高效加工工艺方法及装置。

背景技术

三维曲面结构精细加工是单晶叶片微结构、特种刀具、半导体器件、高端手表等领域的关键技术，并且随着电子消费类产品的个性化设计，硬脆材料三维精细结构的加工需求会急剧增加。当前硬脆材料曲面结构零件成形主要依靠粉末冶金、电火花、数控机床等技术手段完成。然而粉末冶金的方法需要开模且周期长，电火花只能加工金属材料且加工效率均不高，数控激光加工硬脆材料刀具耗损严重且CBN等刀具材料基本无法加工。

采用超快激光配合光束逐层扫描加工可以加工精细的三维结构，但分层加工过程中层数越少则精度越差，甚至会带来明显的“台阶”，然而层数太多则导致效率太低，另外激光与材料作用时，不可避免的会存在一定氧化现象，所以对于三维精细结构的加工，保证加工质量的前提下提高加工效率是需要解决的关键问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于曲面结构成形的激光刻蚀方法及装置，在刻蚀过程中能够兼顾加工效率和加工精度。

本发明的技术解决方案是提供一种用于曲面结构成形的激光刻蚀方法，包括以下步骤：

步骤一：将需去除材料划分为主体区及壳体区，在主体区及壳体区选取特征点；

步骤二：根据所要加工曲面的三维结构特征，采用梯度式分层刻蚀方法对主体区进行刻蚀；

步骤三：刻蚀至特征点位置时，测量特征点的坐标，当主体区所有特征点的测量坐标与理论坐标的误差在设定范围内时，结束主体区的加工，进入壳体区加工；

步骤四：根据所要加工曲面的三维结构特征，采用精细三维扫描方法(为确保精度而采用的低功率、小光斑、小深度进给量进行加工)对壳体区进行刻蚀加工；

步骤五：刻蚀至特征点位置时，测量特征点的坐标，当所有特征点的测量坐标与理论坐标差值的平均值小于设定值时，结束壳体区的加工。

优选地，为了提高加工效率，在步骤二的刻蚀过程中吹送氧气。

优选地，为了防止加工表面氧化，在步骤四的刻蚀过程中吹送惰气。

优选地，根据主体区结构的复杂度，可以在步骤二中将主体区划分为多层，分层的厚度从上到下逐渐减小或各层厚度相等，从上到下逐层进行扫描刻蚀。

优选地，步骤二还包括将主体区划分为若干主体单区的步骤，将每个单区采用梯度式分层刻蚀方法对主体区进行刻蚀。

优选地，步骤二中在每一层刻蚀过程中采用“回”字形填充。

优选地，上述壳体区为以最终成形的曲面为底面且厚度为0.03-0.1mm的片状实体区域。

本发明还提供一种用于曲面结构成形的激光刻蚀装置，其特殊之处在于：包括运动系统、激光扫描系统、测距系统及数据处理及控制系统；

上述运动系统包括用于固定待加工工件的三维移动平台；