[发明专利]一种固状电解液辅助提高激光刻蚀质量的方法及装置

说明书

本发明公开了一种固状电解液辅助提高激光刻蚀质量的方法及装置，涉及特种加工技术中的微细加工领域。本发明利用可透光不导电的透明固状电解液来降低激光刻蚀产生的热影响区。随着固状电解液的逐渐溶解，溶解后液面高度碰到工具阴极时会形成电化学回路，利用电化学反应蚀除加工工件表面的熔渣等杂质，提高加工精度以及表面质量。工件可在低温环境下被加工，未溶解的固状电解液仍然可以循环使用，极大的降低成本。本方法可实现薄板及微小零件，以及形状不规则的柔性材料、脆性材料等无应力固定，能够有效降低加工过程中的应力变形以及激光产生的热影响区，提高加工的精度以及表面质量，可以应用于医疗、电子、航天等微细制造加工领域。

技术领域

本发明涉及特种加工技术中的微细加工领域，尤其涉及到一种固状电解液辅助提高激光刻蚀质量的方法及装置，适用于各种零件的表面刻蚀加工。

背景技术

激光刻蚀的特点是利用激光具有的无接触加工、柔性化程度高、加工速度快、无噪声等优越的加工性能，来获得良好的刻蚀尺寸精度和加工质量。激光刻蚀的基本原理是将高光束质量的小功率激光束(一般为紫外激光、光纤激光)聚焦成极小光斑，在焦点处形成很高的功率密度，使材料在瞬间汽化蒸发，形成孔、槽等，但是存在热影响区、残渣较多的问题。激光刻蚀技术可以应用于医疗、电子、航天等微细制造加工领域，适用于陶瓷等脆性材料、纤维等柔性材料的加工。

关于激光刻蚀加工技术，国内外的学者也已经进行了相关研究。中国专利“一种水射流辅助激光化学刻蚀的装置”，提出一种由激光系统、水射流系统、化学系统组成水射流辅助激光化学刻蚀的装置，先利用激光的高能量和水射流的冲蚀作用共同加工材料表面，初次加工结束以后，转动手摇轮，使得材料通过升降工作台完全浸入到化学液体中，利用化学液体的腐蚀作用，使得加工材料表面尽可能地减少熔渣，降低重铸层的厚度；但该装置较为复杂，且激光和水射流的复合对于复杂精细表面的加工精度低。

中国专利“一种超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法”，提出一种包括超精密运动平台、超声振动平台、超声波发生器、气体喷嘴及激光加工系统的超声辅助激光的陶瓷刻蚀系统及方法，该发明采用激光刻蚀的同时辅助以超声振动，从而让陶瓷刻蚀槽内的熔渣容易喷出，使激光得以对未加工的材料部分进行刻蚀，提高了刻蚀精度和加工质量。但该发明对于降低激光刻蚀产生的热影响区效果不明显，同时对于激光刻蚀产生的一些毛刺表面无法去除。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种固状电解液辅助提高激光刻蚀质量的方法，在加工过程中利用低温固状电解液降低刻蚀过程中产生的热影响区，有效去除熔渣、毛刺等，提高刻蚀精度以及表面质量。另外，未溶解的固状电解液仍然可以循环使用，极大的降低成本；本发明还提供了一种固状电解液辅助提高激光刻蚀质量的装置，利用该装置可以实现上述方法。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种固状电解液辅助提高激光刻蚀质量的方法，包括以下步骤：

步骤一)被加工工件置于电解液中，对电解液进行冷冻，得到透明的固状电解液，被加工工件上表面与固状电解液下表面贴合，且工具阴极高于被加工工件，工具阴极内置于固状电解液内；

步骤二)激光穿过透明固状电解液对被加工工件进行刻蚀，固状电解液可以大大降低激光刻蚀过程中产生的热影响区；随着激光加工的进行，激光加工路径上的固状电解液开始溶解，当溶液的高度碰到工具阴极时形成电化学回路；利用电化学的反应以及“尖端效应”，可以对刻蚀表面，以及留下的熔渣进行处理，从而提高激光刻蚀的表面质量。

进一步的，所述步骤一)中夹具为高熔点材料制备的专用夹具。

进一步的，所述步骤一)中工具阴极为不溶性金属圆环，实际半径大小可根据激光刻蚀范围确定。