[发明专利]利用超短脉冲激光填充切割材料的方法

说明书

技术领域

本发明属于激光微加工领域，特别涉及一种利用超短脉冲激光填充切割材料的方法。

背景技术

激光技术在过去几十年发展迅猛，激光的应用范围和水平也随之快速发展。激光微加工技术由于其独特的优点，在微纳米加工领域中扮演着重要的角色，有着传统加工方式不可比拟的优势。随着加工范围的逐渐扩大，也对激光微加工技术的精度和稳定性提出了越来越高的要求。激光器配合振镜使用，加工速度快，加工精度高等优点，已经成为激光微加工中的主流，越来越多的被应用在各种激光微加工设备中，极大的提高了激光微加工的质量和效率。另外，振镜能灵活定位光束，几乎能满足各种形状轮廓的加工需求。

玻璃、蓝宝石和陶瓷是普遍应用于微加工技术和精细加工的材料。钢化玻璃常用来制作智能手机的显示屏；陶瓷坚硬且化学性质稳定，可用来制作电子零部件和电路基板，以及电气绝缘体；蓝宝石极其坚硬，耐划伤，适合用于半导体和LED技术。但材料有个共同点就是很难加工。当加工此类材料时，避免产生小裂缝是经常要遇到的挑战；另外，切割此种材料时，由于切缝过窄引起的光子不完全吸收和材料不易被切割落下是激光切割材料的难题；上述问题导致的切割效率和切割质量低下是目前激光切割材料急需解决的问题。

激光光束加工坚硬、易碎的材料能展现出良好的效果，其中超短脉冲激光器特别适合加工易碎的材料。对于脉冲小于10皮秒的激光束，在热传导到周边的材料之前，被加工区域的材料已经被去除。对于可见光以及近红外的光谱范围内的光，玻璃这样的宽带隙是透光的。然而，高强度的超短脉冲能通过多光子电离产生自由电子，大量连续的电离进一步释放电荷载体，这些电荷载体能够破坏材料中的化学键，最终达到烧蚀材料的目的。适当的加工策略可以防止小裂纹的形成。这其中包括精准定义加工参数，如脉冲能量、脉冲重叠度、重复频率、焦点直径和激光扫描次数。

现有的超快激光直接刻蚀加工方法具有以下不足：一是加工精度不高，加工部位难以达到元件表面粗糙度要求，从而导致了其不能作为高精密度光学器件使用；二是效率低，对超快激光束的能量密度要求很高；三是激光器配合振镜切割材料，切割部分难以自动落下，需要后续加工手段将材料从切口处分开，极大地影响了切割质量和切割效率。

发明内容

发明目的：本发明提供一种利用超短脉冲激光填充切割材料的方法，旨在解决材料不能自然落下的问题，同时还确保切割边缘的光滑度和切割锥度。

技术方案：本发明所述的一种利用超短脉冲激光填充切割材料的方法，包括如下步骤：

1)载入待切割路径；

2)将待切割路径扩展成为填充区域；

3)对填充区域进行填充；

4)激光扫描填充区域直至切割完成。

所述步骤2)还包括设置填充区域的尺寸。

所述步骤3)还包括设置填充路径、填充密度及填充次数。

所述步骤4)包括设置填充区域加工参数，根据加工参数扫描填充区域直至切割完成。

所述待切割路径为直线、曲线、规则图形或不规则图形。

所述激光使用的切割头为振镜切割头。

所述激光使用的切割头为配有高速位移台或直线电机的精细激光加工头。

所述激光为超短脉冲激光光束，脉冲时间为100皮秒至100飞秒，波长为1080纳米至355纳米。

有益效果：本发明通过选取切割路径，将此路径扩展成为可填充的区域，激光依次在该区域内按填充路径进行加工，直至完成材料切割。本发明实现了材料的超精密切割，相比现有领域技术方法，其加工精度更高，加工效率更高；并且解决了切割后材料不能自动落下的问题；同时保证了切割边缘的光滑度和切割锥度。

附图说明

图1是本发明的流程图；

图2a是本发明中待切割路径的图样示意图；

图2b是本发明中待切割路径扩展成为填充区域后的图样示意图；

图2c是本发明中将填充区域进行路径填充后的图样示意图；

图2d是本发明中将材料切割完成后的示意图；

图2e是本发明中填充区域放大示意图一；

图2f是本发明中填充区域放大示意图二。

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的利用超短脉冲激光填充切割材料的方法包括以下步骤：

S1：载入设置待切割路径，所述待切割路径可为直线、曲线等多种路径。