[发明专利]透明脆性材料加工设备

说明书

技术领域

本发明涉及切割工艺技术领域，尤其是指一种透明脆性材料加工设备。

背景技术

随着工业的发展，在现如今的工业生产中，尤其是一些电子元器件以及光电产品的核心部件的加工过程中，通常需要对一些透明材料，比如玻璃、三硼酸锂晶体(LBO)、磷酸二氢钾(KDP)晶体等进行切割、打孔、抛光等一系列的操作。目前主要有以下几种加工方式：

1、传统机械加工方式，采用硬金属轮或金刚石在材料表面划线后机械折断，然而，由于脆性材料本身的特性，极易出现表面崩边甚至材料破碎的情况，不能保证良品率。而随着对此类透明脆性材料的产品需求量越来越大，传统的加工方法也正面临着新的挑战；

2、激光加工方式，采用激光束产生的高密度能量，使材料在短时间内熔化甚至气化，然后用辅助气体吹除熔渣，随着激光束的移动而形成切缝，然而这种方法产生的问题是在脆性材料的切口端面易产生重凝层和微裂纹，使表面粗糙度增加，而切口崩边及飞溅物会污染材料；

3、激光热应力切割法，通过激光扫描材料产生热应力，诱导并控制裂纹扩展的方法来实现脆性材料分离，激光热应力切割法不需要高功率激光照射，材料不会软化和熔化；没有切削粉末或熔渣，切割面光滑，材料没有损失，但是使用这种方法的加工材料，如蓝宝石，需要浸没在氢氟酸等强腐蚀性溶液达数小时，不利于环保，且耗时长。

因此，需要对现有技术进行革新。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种工序简单环保可靠的透明脆性材料加工设备。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种透明脆性材料加工设备，包括控制模块、激光切割模块、超声聚焦模块和加工平台，所述激光切割模块包括激光发生器，及沿激光光路方向依次设置的激光整形单元、激光指向传输单元、激光扫描单元和激光聚焦单元，所述加工平台设置于激光聚焦单元的下方，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元共轴设置，所述加工平台可多轴自由运动，所述控制模块用于控制激光切割模块和超声聚焦模块工作状态及加工平台的位移。

进一步的，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元的焦点重合。

进一步的，所述加工平台的上面设有加工槽，所述加工槽内设有材料固定机构。

进一步的，所述加工槽内灌有液体，所述液体为水或油。

进一步的，还包括自适应平台，所述激光切割模块的激光聚焦单元和所述超声聚焦模块均设置于所述自适应平台，所述自适应平台由所述控制模块控制可沿竖直方向运动。

进一步的，所述激光发生器产生的激光波长为0.2-11.4μm。

进一步的，所述激光发生器产生的激光的脉冲宽度为皮秒级或飞秒级。

进一步的，所述超声聚焦模块为高强度聚焦超声系统，所述高强度聚焦超声系统产生的超声波频率为18KHz-10MHz。

进一步的，所述高强度聚焦超声系统产生的超声波频率与透明脆性材料的共振频率适配。

本发明的有益效果在于：提供了一种透明脆性材料的加工设备，该加工设备采用聚焦激光束对透明脆性材料进行加工，同时采用超声聚焦系统产生聚焦超声波将激光加工产生的材料碎片与材料本体分离，采用该设备加工的材料切割壁光滑无崩裂口，无锥度，大大提高了透明脆性材料加工的成功率。

附图说明

下面结合附图详述本发明的具体结构：

图1为本发明的脆性材料加工设备的模块结构示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

实施例1

请参阅图1，一种脆性材料加工设备，包括控制模块、激光切割模块、超声聚焦模块和加工平台，所述激光切割模块包括激光发生器，及沿激光光路方向依次设置的激光整形单元、激光指向传输单元、激光扫描单元和激光聚焦单元，所述加工平台设置于激光聚焦单元的下方，所述超声聚焦模块与所述激光聚焦单元共轴设置，所述加工平台可多轴自由运动，所述控制模块用于控制激光切割模块和超声聚焦模块工作状态及加工平台的位移。