[发明专利]一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法

说明书

本发明公开一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法。该加工装置包括：激光发生装置和铣床加工装置；铣床加工装置包括主轴、微铣刀和工作台；激光发生装置、主轴和微铣刀均位于工作台上方；微铣刀固定在主轴上；激光发生装置和微铣刀均正对工作台；工作台用于放置或固定待加工表面涂有耦合反应材料的待加工工件；激光发生装置用于产生功率低于6W的激光照射到待加工表面；微铣刀用于沿待加工表面的激光轨迹对待加工工件进行加工；耦合反应材料为在激光加热时与待加工工件产生化学反应的材料。本发明的加工装置及方法，能够提高工件加工效率、表面质量以及三维微结构使役性能，延长微铣刀的使用寿命。

技术领域

本发明涉及先进制造领域，特别是涉及一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法。

背景技术

陶瓷材料具有耐高温、耐磨、耐腐蚀、耐烧蚀等优异性能，可以承受金属材料和高分子材料难以胜任的严酷工作环境，广泛用于能源、航天航空、汽车、冶金、化工、电子等领域。比如，在电子工业领域，陶瓷微槽是陶瓷平板热管、陶瓷电阻器系统散热装置中的重要结构；在航空航天领域，陶瓷微结构可作为陶瓷密封环的流体动压槽；在生物医学领域，陶瓷微结构可作为义齿上的表面疏水结构。陶瓷材料同时具有高硬度、高脆性、低断裂韧性的特点，因此加工难度很大。若加工方法选择不当，会引起工件表面层组织的破坏，很难实现高精度、高效率、高可靠性的加工，从而限制了陶瓷应用范围的进一步扩展。因此，对于陶瓷微结构的加工技术一直处于微细制造领域的研究前沿。

然而在陶瓷微结构的加工过程中，由于陶瓷的高硬度、高脆性、低断裂韧性的性质，导致加工陶瓷的微铣刀磨损严重，大大缩短了微铣刀的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置及方法，延长微铣刀的使用寿命。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种激光诱导材料耦合反应下的加工装置，包括：激光发生装置和铣床加工装置；所述铣床加工装置包括主轴、微铣刀和工作台；

所述激光发生装置、所述主轴和所述微铣刀均位于所述工作台上方；所述微铣刀固定在所述主轴上；所述激光发生装置和所述微铣刀均正对所述工作台；

所述工作台用于放置或固定待加工表面涂有耦合反应材料的待加工工件；所述激光发生装置用于产生功率低于6W的激光照射到待加工表面；所述微铣刀用于沿待加工表面的激光轨迹对所述待加工工件进行加工；

所述耦合反应材料为在激光加热时与所述待加工工件产生化学反应的材料。

可选的，所述激光发生装置包括激光器、扩束镜、振镜和聚焦透镜；所述激光器用于产生激光光束并将所述激光光束发射到所述扩束镜；所述扩束镜用于对所述激光光束进行扩束形成扩束激光，并将所述扩束激光输入到所述振镜；所述振镜用于对所述扩束激光进行角度调整，使所述扩束激光照射到指定位置；所述聚焦透镜位于所述振镜的激光出射端，所述聚焦透镜用于对经所述振镜调整后的扩束激光进行聚焦，使所述扩束激光会聚到待加工表面。

可选的，该加工装置还包括计算机；所述计算机与所述激光器以及所述振镜的控制输入端电连接，用于控制所述激光器的激光参数和所述振镜的角度。

可选的，所述计算机还与所述主轴的步进电机以及所述微铣刀的驱动电机电连接，用于通过控制所述步进电机实现对所述主轴位置的调整和通过控制所述驱动电机实现对所述微铣刀的动作的调整。

可选的，该加工装置还包括CCD相机，所述CCD相机的正对所述工作台，用于记录对所述工作台上的加工过程进行监测。

可选的，所述待加工工件的材质为陶瓷，所述耦合反应材料为硅胶或涂水玻璃。

本发明还公开一种激光诱导材料耦合反应下的加工方法，应用于上述的激光诱导材料耦合反应下的铣削加工装置；该加工方法包括：