一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，包括：激光器、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、激光加工頭、控制系統(tǒng)、加工平臺，激光經(jīng)過激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束，進(jìn)入激光加工頭中，聚焦后的激光被導(dǎo)入到放置在加工平臺上的有機(jī)材料管件上，其特征在于：所述激光加工裝置還包括有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置、加工廢氣吸氣裝置，所述激光器是波長在1.7μm～2.2μm的脈沖光纖激光器，所述脈沖光纖激光器設(shè)有產(chǎn)生脈寬從100飛秒到900納秒激光脈沖序列的脈沖控制模塊。本實(shí)用新型具有更高的效率和更整齊的加工切面,加工截面燒蝕碳化更小，在進(jìn)行微小尺寸的加工時(shí)，加工面的粗燥度可得到改進(jìn)，更適合塑料管件等含有機(jī)材料管件的精密加工。
【專利說明】一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及采用激光技術(shù)進(jìn)行材料加工，特別是一種采用2微米波長脈沖光纖激光器的塑料管件等含有機(jī)材料管件的切割、鉆孔、焊接等的激光加工裝置，屬于激光加工【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]塑料或含有機(jī)材料平面板材或表面增強(qiáng)玻璃板材的切割、鉆孔、焊接等加工在現(xiàn)代工業(yè)和醫(yī)療器械設(shè)備領(lǐng)域是一項(xiàng)十分重要的加工工藝。
[0003]例如碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料(CFRP)的加工(如切割，鉆孔等)，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料是由質(zhì)軟而粘性大的基體材料和強(qiáng)度高、硬度大的碳纖維增強(qiáng)材料混合而成的二相或多相結(jié)構(gòu)，是典型的難加工材料，碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料鉆削加工中主要存在以下問題:材料硬度大，其制孔工藝復(fù)雜，對刀具和工藝參數(shù)的要求更高，因而鉆孔時(shí)鉆頭磨損很快；在鉆孔過程中，易產(chǎn)生分層等缺陷；材料屬于各向異性材料，鉆孔處的應(yīng)力集中較大，極易引起劈裂等缺陷；熱導(dǎo)率小，線脹系數(shù)和彈性恢復(fù)大；鉆孔時(shí)，存在縮孔現(xiàn)象；切屑為粉塵狀，對人體健康危害大。
[0004]例如可降解支架的加工，可降解支架是醫(yī)學(xué)上一種用于治療心血管疾病的器件，心血管疾病的主要病因是心血管的變窄或堵塞而造成血液循環(huán)困難，從而產(chǎn)生心絞痛，心肌梗死甚至出現(xiàn)生命危險(xiǎn)。目前醫(yī)學(xué)界針對這種病的治療方法主要是將一種網(wǎng)狀金屬支架植入人體動(dòng)脈狹窄的地方，將血管撐開，這種網(wǎng)狀支架，通過外科手術(shù)植入人體，可以與人體溶為一體，稱為人血管可降解支架。目前市場上用于可降解支架加工的激光主要是固體激光(如I微米YAG激光)和I微米波長光纖激光。固體激光由于光束質(zhì)量原因支架加工縫隙不光滑，熱影響區(qū)大，重要的是加工精度滿足不了醫(yī)學(xué)器件的要求；而I微米激光由于加工過程中的熱燒蝕，這種加工光源也有其缺陷。
[0005]相比上述機(jī)械加工方法存在的嚴(yán)重缺陷，激光加工屬于非接觸式加工過程，比較適合含有機(jī)材料的塑料薄膜、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料等和表面增強(qiáng)玻璃等材料的加工。目前比較常用的是采用二氧化碳激光器光源的激光焊接、鉆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燒蝕碳化，另外在進(jìn)行微小尺寸的加工時(shí)，加工面的粗燥度也得不到保證。塑料薄膜、生物有機(jī)材料等含有OH-的有機(jī)材料組成的薄膜和含有一些有機(jī)材料成分可降解支架(碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料含有較高數(shù)量的有機(jī)材料)等在2微米左右波長的高的吸收特性等使得2微米脈沖激光相比前述激光波長在這些材料的激光加工(如切割、鉆孔、焊接等)中具有更好的加工性能和效率，另外2微米是人眼安全波長?，F(xiàn)有的脈沖2微米波長激光光源主要是固體激光器和采用非線性光學(xué)方法(如OPO和OPA及差頻等)產(chǎn)生的激光，但由于目前這些2微米高功率激光光源存在著穩(wěn)定性可靠性差、昂貴、需要復(fù)雜的維護(hù)等缺點(diǎn)，所以使得2微米波長脈沖激光器在工業(yè)激光加工特別是在塑料加工等工業(yè)領(lǐng)域的大規(guī)模使用幾乎是一個(gè)空白。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型的發(fā)明目的是提供一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，以彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中激光加工波長的不足，滿足一些對2微米波長激光有特殊吸收特性的材料與器件的激光加工的需求。
[0007]為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，包括激光器、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)、激光加工頭、控制系統(tǒng)和加工平臺，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后的激光進(jìn)入包括激光聚焦系統(tǒng)的激光加工頭中，聚焦后的激光被導(dǎo)出到放置在加工平臺上的有機(jī)材料管件上，所述激光裝置還包括加工廢氣吸氣裝置、有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置，所述激光器是波長在1.7 μ m-2.2 μ m的脈沖光纖激光器，所述脈沖光纖激光器設(shè)有產(chǎn)生脈寬從100飛秒到900納秒激光脈沖序列的脈沖控制模塊。
[0008]上述技術(shù)方案中，所述的脈沖光纖激光器的脈沖寬度可以為納秒(10-9秒)到皮秒(10-12秒)到飛秒(10-15秒)脈沖寬度，脈沖光纖激光器波長從1.7微米到2.2微米，輸出峰值激光功率大于2 kW。
[0009]上述技術(shù)方案中，脈沖光纖激光器輸出的脈沖激光可以經(jīng)過一個(gè)光纖隔離器后進(jìn)入激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行激光準(zhǔn)直擴(kuò)束，光纖隔離器的功能是防止來自后續(xù)光路的反饋激光對脈沖光纖激光器的影響；激光加工頭將激光聚焦到加工面上；激光加工頭可以整體移動(dòng)以適應(yīng)大尺寸工件的加工要求；加工平臺可以是一維，二維或三維可以移動(dòng)的工作平臺，根據(jù)加工件加工的目地不同而定；有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置可以在計(jì)算機(jī)控制下帶動(dòng)塑料管件等加工件的旋轉(zhuǎn)以對管件的不同側(cè)壁位置進(jìn)行加工。
[0010]上述技術(shù)方案中，所述有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置設(shè)置在加工平臺上，所述有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置包括偏心夾緊裝置和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。
[0011]進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述偏心夾緊裝置包括帶有外螺紋的套管和帶有內(nèi)螺紋的卡套，所述套管內(nèi)徑大于管件，所述套管和所述卡套中心不重合。
[0012]所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與套管連接。
[0013]上述技術(shù)方案中，所述激光頭可以是由激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)和高壓高速氣體噴嘴組成，聚焦激光與高壓高速氣流共同從噴嘴中輸出，氣流也沖擊到加工面相應(yīng)的激光焦點(diǎn)上；所述激光頭也可以是由高速激光掃描振鏡和遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡組成，高速激光掃描振鏡控制激光在加工面上的移動(dòng)，遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡聚焦激光光束并保證聚焦激光光束垂直入射到加工表面。所述氣體噴嘴設(shè)置在激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)，噴嘴口對準(zhǔn)晶片；所述激光加工頭和所述加工平臺之間具有沿著水平面方向相對運(yùn)動(dòng)的自由度。
[0014]上述技術(shù)方案中，所述的采用脈沖光纖激光器對塑料管件等含有機(jī)材料管件進(jìn)行切割、鉆孔、焊接等的激光加工裝置，通過調(diào)節(jié)控制激光加工頭到塑料管件或人血管可降解支架等加工件之間的距離(從而改變激光聚焦系統(tǒng)的聚焦激光焦點(diǎn)的位置)實(shí)現(xiàn)對不同厚度和多層塑料管件和人血管可降解支架的切割、鉆孔和焊接等加工，也可以通過焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不同的切割模式如完全切透，部分切透，也可以是選擇性切割；控制系統(tǒng)控制塑料管件或人血管可降解支架等加工件的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)或激光加工頭的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)大幅面塑料管件的不同位置的加工或?qū)崿F(xiàn)對不同尺寸和結(jié)構(gòu)的可降解支架加工件的加工；實(shí)現(xiàn)通孔，也可以是盲孔的加工，也可以實(shí)現(xiàn)不同形狀和尺寸孔的加工；孔的形狀可以是圓孔、方孔和不規(guī)則孔；通過選擇不同焦距聚焦透鏡的加工頭，可以實(shí)現(xiàn)不同大小聚焦光斑，實(shí)現(xiàn)鉆孔的直徑大小或?qū)挾葹?微米到20毫米；同時(shí)控制系統(tǒng)根據(jù)加工工藝要求控制高壓高速氣體噴嘴的氣流和位置，加工廢氣吸氣裝置根據(jù)指令及時(shí)排出加工過程中產(chǎn)生的廢氣，完成激光加工。
[0015]由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明(實(shí)用新型)與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn):
[0016]1.本實(shí)用新型是采用脈沖光纖激光器作為加工光源，具有高效率、高可靠性、輕量化的優(yōu)點(diǎn)；
[0017]2.本實(shí)用新型專利的2微米脈沖光纖激光對塑料管件等含有機(jī)材料管件進(jìn)行加工的裝置相比傳統(tǒng)的機(jī)械加工和熱加工方法具有更高的效率和更整齊的加工切面，也更適合塑料管件等含有機(jī)材料管件的精密加工；相比目前比較常用的采用二氧化碳激光器、I微米激光光源的加工系統(tǒng)，2微米脈沖激光加工的截面燒蝕碳化更小，另外在進(jìn)行微小尺寸的加工時(shí)，加工面的粗燥度也可以得到改進(jìn)；
[0018]3.本激光加工裝置所使用的2微米激光波長為人眼安全波長，是一種綠色環(huán)保的激光加工裝置。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本專利一種采用2微米脈沖光纖激光器對塑料管件等含有機(jī)材料管件進(jìn)行切割、鉆孔、焊接等的激光加工裝置原理圖；
[0020]圖2是本專利一種采用2微米脈沖光纖激光器對人血管可降解支架進(jìn)行切割、鉆孔等的激光加工裝置原理圖；
[0021]圖3是有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置的原理圖；
[0022]圖4是偏心夾緊裝置側(cè)視圖結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]其中:1、脈沖光纖激光器；2、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)；3、激光加工頭；4、控制系統(tǒng)；5、加工平臺；6、有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置；7、加工廢氣吸氣裝置；8、晶片加工件；9、激光掃描振鏡；10、遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述:
[0025]實(shí)施例1:圖1中I為采用2微米波長的脈沖光纖激光器，2微米脈沖光纖激光器輸出激光脈沖，激光功率大于2 kW，脈沖激光經(jīng)過激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)2進(jìn)行激光光束準(zhǔn)直擴(kuò)束，準(zhǔn)直擴(kuò)束后的2微米激光進(jìn)入由激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)和高壓高速氣體噴嘴組成的激光加工頭中3，激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)的焦距為10到500毫米；經(jīng)過激光加工頭3后的2微米激光聚焦到固定在有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置6并放置在加工平臺5上的塑料管件等加工件8上；控制系統(tǒng)4是通過計(jì)算機(jī)激光加工控制卡與2微米脈沖激光器1、激光加工頭3的與放置塑料管件等加工件的加工平臺5和有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置6連接，實(shí)現(xiàn)2微米脈沖光纖激光器1、激光加工頭3和放置塑料管件加工件(固定在有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置6并放置在加工平臺5上)三者之間的同步和加工控制，同時(shí)控制系統(tǒng)4根據(jù)加工工藝要求控制激光加工頭3的工作狀態(tài)和塑料管件等(加工平臺5)的移動(dòng)速度/位置；通過調(diào)節(jié)控制激光加工頭3到塑料管件等之間的距離(從而改變激光聚焦系統(tǒng)的聚焦激光焦點(diǎn)的位置)實(shí)現(xiàn)不同厚度和多層塑料管件等的切割、鉆孔和焊接等加工，也可以通過焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不同的切割模式如完全切透，部分切透，也可以是選擇性切割；控制系統(tǒng)4控制塑料管件等加工件8的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn)或由激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)和高壓高速氣體噴嘴組成的激光加工頭中3的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)大幅面加工件不同位置的加工；控制系統(tǒng)4控制塑料管件等加工件8的移動(dòng)或激光加工頭3的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)通孔，也可以是盲孔的加工；也可以實(shí)現(xiàn)不同形狀和尺寸孔的加工，孔的形狀可以是圓孔、方孔和不規(guī)則孔；通過選擇不同焦距聚焦透鏡的加工頭，可以實(shí)現(xiàn)不同大小聚焦光斑，實(shí)現(xiàn)鉆孔的直徑大小或?qū)挾葹?微米到20毫米，完成激光加工(如切割、鉆孔、焊接等)，加工廢氣吸氣裝置7根據(jù)指令及時(shí)排出加工過程中產(chǎn)生的廢氣，完成激光加工。
[0026]實(shí)施例2:圖2中I為采用2微米波長的脈沖光纖激光器。2微米脈沖光纖激光器I產(chǎn)生的脈沖激光峰值激光功率大于2 kff,脈沖激光經(jīng)過一個(gè)光纖耦合法拉第隔離器，法拉第隔離器的作用是防止反饋激光返回脈沖光纖激光器；2微米脈沖激光器I輸出激光進(jìn)入激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)2進(jìn)行激光準(zhǔn)直擴(kuò)束，準(zhǔn)直擴(kuò)束后的2微米激光進(jìn)入一個(gè)可移動(dòng)由高速激光掃描振鏡9和遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡10組成的激光加工頭3，遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡的焦距為10到500毫米；可移動(dòng)的激光加工頭3在控制系統(tǒng)4控制下可以在人血管可降解支架加工件8上方多維移動(dòng)；經(jīng)過激光加工頭3激光聚焦鏡后的2微米激光聚焦到放置在一個(gè)加工平臺5上的人血管可降解支架加工件8上(人血管可降解支架加工件8固定在有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置6并放置在加工平臺5上)，有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置6可以在控制系統(tǒng)4控制下旋轉(zhuǎn)從而實(shí)現(xiàn)人血管可降解支架不同位置的加工；控制系統(tǒng)4是通過激光加工控制卡與2微米脈沖激光器1、可移動(dòng)由高速激光掃描振鏡9和遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡10組成的激光加工頭3與放置人血管可降解支架加工件8 (包括人血管可降解支架加工件的旋轉(zhuǎn)裝置6)的加工平臺5相聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)脈沖光纖激光器1、激光加工頭3光束位置的移動(dòng)和放置可降解支架加工件8的加工平臺5三者之間的同步和加工控制；同時(shí)控制系統(tǒng)4根據(jù)加工工藝要求控制激光加工頭3的位置和加工平臺5 (包括固定人血管可降解支架加工件8的有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置6)的移動(dòng)速度/位置；通過調(diào)節(jié)控制激光加工頭3到人血管可降解支架加工件8之間的距離(改變激光聚焦系統(tǒng)激光焦點(diǎn)的位置)實(shí)現(xiàn)不同厚度和結(jié)構(gòu)人血管可降解支架加工件8的切割、鉆孔等加工，也可以通過激光聚焦焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)不同的切割模式如完全切透，部分切透，也可以是選擇性切割，所述人血管可降解支架的直徑為0.1毫米到30毫米，支架的壁厚為10微米到3毫米。控制系統(tǒng)4控制可降解支架加工件8的移動(dòng)或激光加工頭3的移動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)通孔，也可以是盲孔的加工，也可以實(shí)現(xiàn)不同形狀和尺寸孔的加工；孔的形狀可以是圓孔、方孔和不規(guī)則孔入小長條；加工廢氣吸氣裝置6根據(jù)指令及時(shí)排出加工過程中產(chǎn)生的廢氣；通過選擇不同焦距聚焦透鏡的加工頭，可以實(shí)現(xiàn)不同大小聚焦光斑；完成人血管可降解支架加工件8的激光加工(如切割、鉆孔等)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，包括:激光器、激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)(2)、激光加工頭(3)、控制系統(tǒng)(4)、加工平臺(5)，激光器發(fā)出的激光經(jīng)過激光準(zhǔn)直擴(kuò)束系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)束，擴(kuò)束后的激光進(jìn)入包括激光聚焦系統(tǒng)的激光加工頭中，聚焦后的激光被導(dǎo)出到放置在加工平臺上的有機(jī)材料管件上，其特征在于:所述激光加工裝置還包括有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置(6)、加工廢氣吸氣裝置(7)，所述激光器是波長在1.7 μ m?2.2 μ m的脈沖光纖激光器(I)，所述脈沖光纖激光器(I)設(shè)有產(chǎn)生脈寬從100飛秒到900納秒激光脈沖序列的脈沖控制模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，其特征在于:所述激光加工頭(3)由高速激光掃描振鏡和遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡組成，遠(yuǎn)心激光聚焦場鏡的焦距為從10毫米到500毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，其特征在于:所述激光加工頭(3)由激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)和氣體噴嘴組成，激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)的焦距從10毫米到500毫米，所述氣體噴嘴設(shè)置在激光聚焦光學(xué)系統(tǒng)一側(cè)，噴嘴口對準(zhǔn)晶片。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，其特征在于:所述激光加工頭(3)和所述加工平臺(5)之間具有沿著水平面方向相對運(yùn)動(dòng)的自由度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，其特征在于:所述有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置(6 )設(shè)置在加工平臺(5 )上，所述有機(jī)材料管件的固定/旋轉(zhuǎn)裝置(6)包括偏心夾緊裝置和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，其特征在于:所述偏心夾緊裝置包括帶有外螺紋的套管和帶有內(nèi)螺紋的卡套，所述套管內(nèi)徑大于管件，所述套管和所述卡套中心不重合。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置包括步進(jìn)電機(jī)，所述步進(jìn)電機(jī)與套管連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于含有機(jī)材料管件的激光加工裝置，其特征在于:所述加工廢氣吸氣裝置(7)設(shè)置在激光頭一側(cè)，氣嘴對準(zhǔn)晶片。
【文檔編號】B26F3/16GK203391316SQ201320251867
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】蔣仕彬 申請人:蘇州圖森激光有限公司