一种超声辅助激光湿法加工系统及方法

1.本发明涉及激光加工技术领域，尤其涉及利用激光技术使得材料在不同溶液中进行超声辅助加工实现高效加工的方法，该技术可以用于不同的领域，如电子设备制造、汽车制造、航空航天、医疗器械和纺织品等。


背景技术：

2.随着激光加工技术领域的发展，对激光加工质量要求越来越高，目前激光加工手段多数为干式激光加工，此种加工手段加工表面质量差，表面重铸层以及热影响区面积大。
3.湿法加工手段，将工件浸泡在各种溶液中，如酒精、酸性溶液、碱性溶液等溶液，并采用压电片的手段将超声传递给溶液中，进而辅助激光进行加工，从而实现超声辅助激光湿法加工的实现。


技术实现要素：

4.本发明公开一种超声辅助激光湿法加工系统及加工方法，旨在解决激光利用超声与根据各种材料需求进行不同溶液的湿法加工解决加工表面质量差的难题，普通干式激光加工过程中，会因空气的存在使得加工表面氧化物、重铸层数量较多导致质量较差。
5.为了实现上目的，本发明采用了如下技术方案：
6.一种超声辅助激光湿法加工系统及加工方法，包括以下具体步骤：
7.s1：打开超声设备：通过外控电源，打开超声设备，使得压电片贴于容器底部进行超声振动。
8.s2：放置工件：在容器内固定工件，在工件底部进行凝胶粘接，并贴放至容器底部进行水平固定。
9.s3：加入溶液：根据所加工材料选择所需溶液进行倾倒至容器内至没过工件。
10.s4：激光加工：利用激光设备在固定好的工件上进行加工；所述s4，激光加工包括以下具体步骤：
11.s41：焦点的设置：根据激光器与工件的相对位置进行调焦，使得激光焦点聚焦于工件表面；
12.s42：参数的设置：根据控制系统进行激光加工参数的控制，如激光功率、扫描速度等参数；
13.s43：工作台的设置：根据控制系统移动工作台坐标轴，将工作台移动至激光器下方；
14.s44：激光加工方式的设置：根据所需要求，进行加工方式的选取，如切割、打孔等方式；
15.通过采用超声辅助湿法加工技术可以有效降低激光加工过程中的热影响区、提高加工效率以及表面质量，从而提高加工质量。
16.所述s1，外控电源是指经过电线与图2中2压电片相连接的电源，用于控制压电片
的振动；
16.所述s2，凝胶可以对物体进行双面粘接从而起到固定的作用；
16.所述s3，溶液的倾倒在工作台下方完成；
17.所述s4，激光加工需在焦点设置、激光加工参数设置、工作台位于激光器正确位置与选择合适的激光加工方式后进行工件加工。
附图说明
17.图1为激光湿法加工工件方法的流程示意图。
18.图2为本发明的一种激光加工系统示意图。
19.图3为本发明提出的一种超声湿法加工的示意图。图中1-溶液，2-压电片，3-连接导线，4-装置外壳，5-耦合凝胶，6-隔水薄膜。
具体实施方式
20.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地表述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.本发明公开一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，主要应用于高质量激光加工材料的场景。
22.如图2、3所示，本发明实施例公开了一种激光加工系统以及超声辅助湿法加工单元，其中激光加工系统包括加工中心、控制系统以及光路系统。
23.所述光路系统如图2所示，激光器发射光源，经过快门、扩束镜、反射镜以及物镜形成稳定的光路。所述控制系统为计算机系统，控制激光器加工参数、加工工作台以及ccd相机。所示ccd相机便于加工结果的观测。所示加工中心为扫描振镜控制激光的移动从而加工工件。
24.如图3所示，超声声辅助湿法加工单元，包括超声振动单元与湿法单元。
25.所述超声振动单元包括2-压电片、3-连接导线、5-耦合凝胶以及6-隔水薄膜。所示3-连接导线通过外接电源提供给2-压电片，压电片将电能转换为超声振动通过5-耦合凝胶以及6-隔水薄膜传递给湿法单元。所述5-耦合凝胶位于6-防水薄膜与压电片之间，用以增加超声传递效率。所示6-防水薄膜起到密封作用。
26.所述湿法单元包括1-溶液及所需加工工件，所述溶液根据不同的工件需求选择所需溶液。
27.参考图1、图2与图3，一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，包括以下具体步骤：
28.s1：打开超声设备：使得压电片贴于容器底部进行超声振动。
29.s2：放置工件：将工件用凝胶固定于容器底部，并贴放至容器底部进行水平固定。
30.s3：加入溶液：根据材料的特性进行选取适当的溶液；
31.s4：激光加工：利用激光设备在固定好的工件上进行加工；
32.s4，激光加工包括以下具体步骤：
33.s41：焦点的设置：根据激光器与工件的相对位置进行调焦，使得激光焦点聚焦于工件表面；
34.s42：参数的设置：根据控制系统进行激光加工参数的控制，如激光功率、扫描速度
等参数；
35.s43：工作台的设置：根据控制系统移动工作台坐标轴，将工作台移动至激光器下方；
36.s44：激光加工方式的设置：根据所需要求，进行加工方式的选取，如切割、打孔等方式；
37.s45：在s44后，通过调节控制系统来操控激光器的打开，进而进行工件的加工。在溶液中进行加工，能够有效避免氧化物以及热影响区的出现，同时在加工的过程中，某些溶液也会与工件加工过程中阻碍工件进一步加工的产物发生反应，从而有利于激光的进一步加工，从而提高工件的加工质量与加工效率。


技术特征：
1.一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，包括激光加工单元以及超声辅助湿法单元，所述激光加工单元包括加工中心、控制单元以及光路系统，所述超声辅助湿法单元包括超声振动单元与湿法单元，所述超声振动单元通过外接电源通过导线传递给压电片，压电片将振动传递给溶液中，所述湿法单元为容器中相应溶液提供的液体环境。2.一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于包括以下具体步骤：s1：打开超声设备：通过外控电源，打开超声设备，使得压电片贴于容器底部进行超声振动；s2：放置工件：在容器内固定工件，在工件底部进行凝胶粘接，并贴放至容器底部进行水平固定；s3：加入溶液：根据所加工材料选择所需溶液进行倾倒至容器内至没过工件；s4：激光加工：利用激光设备在固定好的工件上进行加工；所述s4，激光加工包括以下具体步骤：s41：焦点的设置：根据激光器与工件的相对位置进行调焦，使得激光焦点聚焦于工件表面；s42：参数的设置：根据控制系统进行激光加工参数的控制，如激光功率、扫描速度等参数；s43：工作台的设置：根据控制系统移动工作台坐标轴，将工作台移动至激光器下方；s44：激光加工方式的设置：根据所需要求，进行加工方式的选取，如切割、打孔等方式；s45：启动激光器：按下激光器开关，激光器开始在工件表面进行加工。3.根据权利要求1所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述加工中心激光器的激光由振镜带动激光移动在工件上进行加工，其中工件位于超声辅助湿法加工单元中。4.根据权利要求1所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述控制系统为一种激光器嵌入式计算机系统，控制激光器的参数、工作台的位置以及ccd相机的开启。5.根据权利要求1所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述光路系统为激光器激光通过快门、扩束镜、反射镜以及物镜进而形成光路系统。6.根据权利要求1所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述超声振动单元是由超声电源产生的超声频率的振荡信号由导线传递给压电陶瓷片，压电陶瓷片将超声信号转换为超声频率的机械振动，机械振动由5-耦合凝胶与6-隔水薄膜传递给湿法单元中。7.根据权利要求1所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述激光器产生的激光可以是毫秒、纳秒、皮秒以及飞秒激光，但不限于此。8.根据权利要求2所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述s3，所加入溶液可以为水溶液、碱性溶液以及根据材料需求而添加的溶液。9.根据权利要求2所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述s41，焦点由于激光器的光路系统已经设置完毕，因此激光聚焦焦点位置已经确定，根据工件的高度来通过控制系统调节激光器z轴的位置，使得激光焦点聚焦于工件表面。10.根据权利要求2所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述
s43，激光加工平台为三轴机床，控制系统来控制工作台x/y轴的位置，使得工件位于激光器加工位置。根据权利要求2所述的一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，其特征在于，所述s44，所示加工方式的设置，根据材料的加工需求，调节控制系统，如打孔、切割以及开槽，不限于此，选择不同的填充方式进行加工。

技术总结
本发明提供一种超声辅助激光湿法加工系统及方法，包括激光加工单元以及超声辅助湿法单元，所述激光加工单元包括加工中心、控制单元以及光路系统，所述超声辅助湿法单元包括超声振动单元与湿法单元，所述超声振动单元通过外接电源通过导线传递给压电片，压电片将振动传递给溶液中，所述湿法单元为容器中相应溶液提供的液体环境。加工方法具体步骤：S1：打开超声设备；S2：放置工件；S3：容器中加入溶液；S4：激光加工：利用激光设备在固定好的工件上进行加工；所述S4，激光加工包括以下具体步骤：S41：焦点的设置；S42：参数的设置；S43：工作台的设置：将工作台中工件移到激光器下方；S44：激光加工方式的设置：根据所需要求，进行加工方式的选取，如切割、打孔等方式；S45：启动激光器：按下激光器开关，激光器开始在工件表面进行加工。本发明提供的加工方式可以提高激光加工过程的加工效率以及降低表面热影响区的形成，从而进一步提高加工表面质量。而进一步提高加工表面质量。而进一步提高加工表面质量。


技术研发人员：袁松梅 胡田睿 危家勇
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：2023.07.25
技术公布日：2023/9/16