[发明专利]一种低温环境可调的激光加工装置及其加工方法

说明书

本发明涉及一种低温环境可调的激光加工装置及其加工方法，激光加工装置包括：激光发射系统、激光传输光路、光束扫描装置、低温控制装置、隔热装置和控制系统，低温控制装置包括深冷箱、液氮输送系统和第一常温气体输送系统，液氮输送系统和第一常温气体输送系统均与深冷箱连接；深冷箱内设置有工件安装位；隔热装置覆盖在深冷箱的开口处；隔热装置采用多层透光玻璃结构，且隔热装置与第二常温气体输送系统连接；整形后的激光束通过双层透光玻璃结构照射到工件表面；控制系统用于实现对激光发射系统、光束扫描装置、液氮输送系统、第一常温气体输送系统和第二常温气体输送系统的控制。该装置结构简单，操作简便，无需对空气干燥，成本较低。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种低温环境可调的激光加工装置及其加工方法。

背景技术

激光加工是利用激光的能量经过聚焦镜聚焦后在焦点上达到高能量密度，被加工材料吸收激光后产生光热效应来进行加工。由于其具有加工质量好、速度快、非接触、低污染、高柔性以及广泛的材料适应性等优点，如今已成为重要的加工手段之一。但是当前的激光加工普遍在常温下进行，对于要求热影响区小、材料无变形等较高要求的加工场景，加工质量很难满足要求；例如激光切割薄膜材料，常温环境很容易出现受热卷边问题，且材料受热变形易导致激光焦点的变化，影响加工质量；在低温环境，材料的延伸率降低、脆性增加，利用材料低温物理特性，激光加工过程产生的热影响区和变形量都会大大降低，有助于提高加工质量。

降低材料温度的方法通常采用干冰或液氮等手段实现。如果开放环境下，由于大气中含有大量水分子，在低温材料表面易遇冷形成一层水雾。激光加工时，会吸收、散射激光，导致作用到材料的激光焦点质量变差、功率降低，加工效率变慢；且由于材料和周围环境热能不停交换，实际降温效果不佳。因此最佳的手段是将材料放置于低温无水环境，激光透过窗口玻璃进行加工。

另外，不同气体环境气氛下加工效果也会有很大差别，材料在某些气体氛围下，可以促进加工过程。例如添加氩气等惰性气体可以防止材料氧化；添加氧气可以提高加工效率。

目前已有的封闭低温环境装置，或存在低温环境不可调，无法满足基于材料特性调整低温环境的需求；或激光进光口范围小，只能进行小范围加工；或只涉及温度环境调节，不具备添加其他辅助气体的能力，使用范围受限。因此，现有技术存在窗口范围小、只适用小零件，温度控制速度慢、激光加工适用场景低等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种低温环境可调的激光加工装置及其加工方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明实施例提供了一种低温环境可调的激光加工装置，包括：激光发射系统、激光传输光路、光束扫描装置、低温控制装置、隔热装置和控制系统，其中，

所述激光发射系统用于产生激光束；所述激光传输光路用于将所述激光束进行光束整形并传输到光束扫描装置；所述光束扫描装置用于控制整形后的激光束按照目标轨迹运动，并将其聚焦到工件上，实现设定形状的激光加工形貌；

所述低温控制装置包括深冷箱、液氮输送系统和第一常温气体输送系统，所述液氮输送系统和所述第一常温气体输送系统均与所述深冷箱连接，用于向所述深冷箱内按照预设比例输送液氮和常温气体以控制所述深冷箱内的温度；所述深冷箱内设置有工件安装位；

所述隔热装置覆盖在所述深冷箱的开口处；所述隔热装置采用多层透光玻璃结构，且所述隔热装置与第二常温气体输送系统连接，所述第二常温气体输送系统用于向所述多层透光玻璃结构形成的腔室内部输送常温气体；所述整形后的激光束通过所述双层透光玻璃结构照射到工件表面；

所述控制系统用于实现对所述激光发射系统、光束扫描装置、液氮输送系统、第一常温气体输送系统和第二常温气体输送系统的控制。