阅读说明：本技术 一种钛基多层复合材料激光深度标记方法 (Laser depth marking method for titanium-based multilayer composite material ) 是由 邓耀锋 姚瑶 胡述旭 彭云贵 葛一丰 田宇亮 叶兆旺 曹洪涛 吕启涛 高云峰 于 2019-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种钛基多层复合材料激光深度标记方法,所述钛基多层复合材料包括钛合金基体、覆盖在所述钛合金基体上的陶瓷釉层,以及设置在所述陶瓷釉层表面的光固化漆,激光深度标记方法包括：制作深度标记图档；按照所述深度标记图档,采用超快激光器去除所述钛基多层复合材料相应位置表面的光固化漆和陶瓷釉层,并在所述钛合金基体上加工槽型标记；采用长脉宽红外纳秒激光器对所述槽型标记进行微抛光处理,加工完成。本发明仅需通过图档处理和多脉宽合束激光镭射加工即可完成钛基多层复合材料的深度标记,灵活性高、成本低和生产周期短。深度标记边缘整齐无锯齿、具有金属光泽,满足美观和永久标记的要求。(The invention provides a laser depth marking method for a titanium-based multilayer composite material, which comprises a titanium alloy substrate, a ceramic glaze layer covering the titanium alloy substrate and light-cured paint arranged on the surface of the ceramic glaze layer, wherein the laser depth marking method comprises the following steps: making a depth marking drawing file; according to the depth marking drawing file, removing the photocuring paint and the ceramic glaze layer on the surface of the corresponding position of the titanium-based multilayer composite material by adopting an ultrafast laser, and processing a groove-shaped mark on the titanium alloy substrate; and (4) carrying out micro-polishing treatment on the groove type mark by adopting a long-pulse-width infrared nanosecond laser, and finishing the processing. The invention can complete the depth marking of the titanium-based multilayer composite material only by the drawing file processing and the multi-pulse width beam-combining laser processing, and has high flexibility, low cost and short production period. The depth mark has neat and non-sawtooth edges and metallic luster, and meets the requirements of beauty and permanent marking.)

一种钛基多层复合材料激光深度标记方法

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，尤其涉及一种钛基多层复合材料激光深度标记方法。

背景技术

电子产品外壳、高档装饰品等常常采用多层复合材料制作。内部的钛合金强度高、耐腐蚀性好；中间层的陶瓷釉层表面光洁、化学性质稳定，并具有良好的装饰性，同时可以弥补钛比强度不高和不能在较高温度环境下应用的缺点；表层的紫外线光固化漆具有透明度好，硬度高，耐黄变形优良，可确保历久常新。

上述结构的电子产品外壳、高档装饰品在加工过程中，通常需要进行品牌图案和文字的精细标记，要求标记效果美观、清晰和保持永久性。目前标记方法主要有两种，一种是采用数控机床对产品进行雕刻加工，雕刻工艺精细程度不够，且刀具易于磨损导致换刀频繁，且多层材料的加工由于材料性质差异较大容易导致边崩。另一种是采用曝光显影蚀刻的方法进行制作，需要经过制作掩膜、显影、蚀刻等一系列步骤，加工工序繁多，加工效率低，并且使用的设备昂贵。

因此，现有技术还有待发展。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种钛基多层复合材料激光深度标记方法，旨在解决现有的标记方法工序繁多、效率低及成本相对较高的问题。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的，一种钛基多层复合材料激光深度标记方法，所述钛基多层复合材料包括钛合金基体、覆盖在所述钛合金基体上的陶瓷釉层，以及设置在所述陶瓷釉层表面的光固化漆，所述钛基多层复合材料激光深度标记方法包括如下步骤：

制作深度标记图档；

按照所述深度标记图档，采用超快激光器去除所述钛基多层复合材料相应位置表面的光固化漆和陶瓷釉层，并在所述钛合金基体上加工槽型标记；

采用长脉宽红外纳秒激光器对所述槽型标记进行微抛光处理,加工完成。

进一步地，所述超快激光器的激光焦点位置公差为±0.1mm。

进一步地，所述超快激光器的波长为1030-1064nm，脉宽≤10ps。

进一步地，所述采用超快激光器去除所述钛基多层复合材料相应位置表面的光固化漆和陶瓷釉层的步骤中，激光打标速度为400-1000mm/s，频率为300-500KHz。

进一步地，所述长脉宽红外纳秒激光器的波长为1030-1064nm，脉宽≥100ns。

进一步地，所述并在所述钛合金基体上加工槽型标记的步骤中，激光打标速度为1500-2500mm/s，频率为300-500KHz。

进一步地，所述采用长脉宽红外纳秒激光器对所述槽型标记进行微抛光处理的步骤之前还包括：

对所述长脉宽红外纳秒激光器进行设置，使所述长脉宽红外纳秒激光器与所述超快激光器在外光路上，中心重合度≤0.04mm。

进一步地，所述采用长脉宽红外纳秒激光器对所述槽型标记进行微抛光处理的步骤中，激光打标速度为400-1200mm/s，频率为30-70KHz，

本发明与现有技术相比，有益效果在于：本发明钛基多层复合材料激光深度标记方法，仅需通过图档处理和多脉宽合束激光镭射加工即可完成钛基多层复合材料的深度标记。相对传统工艺中数控机床加工和曝光显影工艺来说，本发明具有灵活性高、成本低和生产周期短等优点。不仅减少了切削液等废弃物的排放，而且加工后不需要清洗等后续处理，可以在产品生产组装后段直接加工出货。多脉宽合束激光镭射加工综合利用窄脉宽超快激光“冷蚀刻”加工和长脉宽纳秒激光“消融”抛光的优点，能有效对多层复合材料的深度标记加工。本发明获得的产品，深度标记边缘整齐无锯齿、具有金属光泽等特点，满足美观和永久标记的要求。

附图说明

图1是本发明的一种钛基多层复合材料激光深度标记方法的实施方式流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明涉及的是钛基多层复合材料的加工处理，本材料是一种以钛合金为基体、陶瓷釉层为装饰、紫外线光固化漆层为保护的多层复合材料，能满足电子产品外壳、高档装饰品、卡片等产品的功能性和装饰性能的要求。具体的，所述钛基多层复合材料包括钛合金基体、覆盖在所述钛合金基体上的陶瓷釉层，以及设置在所述陶瓷釉层表面的光固化漆。本发明提供的一种钛基多层复合材料激光深度标记方法，包括如图1所示的步骤：

S1、制作深度标记图档。

具体的，可以通过计算机设计软件如Coreldraw等，根据标记图案和/或文字的形状进行图档设计，设计完成后导出可供激光设备使用的plt格式图档，即深度标记图档。

S2、按照所述深度标记图档，采用超快激光器去除所述钛基多层复合材料相应位置表面的光固化漆和陶瓷釉层，并在所述钛合金基体上加工槽型标记。

即按照所述深度标记图档，采用超快激光器在钛基多层复合材料上加工出标记图案和/或文字的形状。具体的，将钛基多层复合材料放置于治具上，开启激光设备，首先测试激光焦点位置，优选的，所述超快激光器的激光焦点位置公差为±0.1mm。治具采用上顶方式，以确保产品打标位置的一致性，避免焦距差异对标记效果的影响。调整电机使钛基多层复合材料处于激光加工位置。然后对超快激光器的加工参数及图档进行设置，通过高精度高速振镜控制激光的加工路径，利用超快激光窄脉宽热影响小和峰值功率高的特点，去除指定位置表面的紫外光固化漆层和陶瓷釉层。最后在钛合金基材上加工具有一定深度的槽型，钛合金基材上形成了与深度标记图档一致的图案。

本实施例中，所述超快激光器的激光参数优选为：波长1030-1064nm，脉宽≤10ps。

本实施例中，去除钛基多层复合材料相应位置表面的光固化漆和陶瓷釉层时的加工参数设置优选为：激光打标速度为400-1000mm/s，频率为300-500KHz。

本实施例中，加工槽型标记时的加工参数设置优选为：激光打标速度1500-2500mm/s，频率为300-500KHz。

相比纳秒激光在镭射加工过程中热影响较大，超快激光器脉宽窄，与物体相互作用时间短，且超快激光的峰值功率远远高于纳秒激光，镭射加工过程能有效将表面紫外光固化漆层和陶瓷油层汽化蚀刻去掉，从而使避免受到镭射加工过程中紫外光固化漆层和陶瓷油层受热冲击的影响而导致变色和边崩现象的出现。然后采用超快激光Burst mode(多脉冲模式)对钛合金进行深度加工。镭射加工钛合金深度可根据指定的槽型进行加工，深度控制可精确到微米级别，且钛合金深度标记过程中不会出现发黄发黑等热影响现象，具有极高的加工精度和加工质量。超快激光镭射去除紫外光固化层和陶瓷釉层，以及钛合金深度加工的进一步详细参数可按照如下表1进行设置。

表1超快激光器加工参数设置范围

S3、采用长脉宽红外纳秒激光器对所述槽型标记进行微抛光处理,加工完成。

具体的，对合束光闸电机和长脉宽红外纳秒激光器进行设置，使长脉宽红外纳秒激光器与超快激光器在外光路上共轴。优选的，两个激光器的外光路中心重合度≤0.04mm。通过高精度高速振镜控制激光的加工路径，利用长脉宽红外纳秒激光对加工后钛合金表面进行熔融微蚀刻，做微抛光处理，获得的深度标记图案具有丰富的金属光泽。

本实施例中，所述长脉宽红外纳秒激光器的参数优选为：波长1030-1064nm，脉宽≥100ns。

本实施例中，微抛光处理时的加工参数设置优选为：激光打标速度为400-1200mm/s，频率为30-70KHz。

长脉宽红外纳秒激光束聚焦在超快激光加工后的钛合金表面时，当激光能量密度达到一定值其表面上凸起高峰部分达到熔点而开始融化，其熔化部分因重力和各处曲率半径不同而产生表面张力梯度，使其向曲率低的地方流动而保持各处曲率趋于一致，同时固液界面处以每秒数米的速度凝固，最终获得光滑平整而具有金属光泽的表面。微抛光处理进一步的详细参数可按照如下表2进行设置。

表2长脉宽红外纳秒激光器加工参数设置范围

下面以具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

(1)制作plt格式深度标记图档。

(2)将钛基多层复合材料放置于治具上，治具采用上顶方式，测试超快激光器激光焦点位置，按照表3对超快激光器的加工参数进行设置，通过高精度高速振镜控制激光的加工路径，去除指定位置表面的紫外光固化漆层和陶瓷釉层。最后在钛合金基材上加工具有一定深度的槽型。

表3超快激光器加工参数设置实施例

(3)调整长脉宽红外纳秒激光器，使长脉宽红外纳秒激光器与超快激光器在外光路上共轴。通过高精度高速振镜控制激光的加工路径，按照表4中的参数，利用长脉宽红外纳秒激光对加工后钛合金表面进行熔融微蚀刻，做微抛光处理，加工完成。

表4长脉宽红外纳秒激光器加工参数设置实施例

本实施例获得的产品，深度标记边缘整齐无锯齿、具有金属光泽等特点，满足美观和永久标记的要求。

综上所述，本发明仅需通过图档处理和多脉宽合束激光镭射加工即可完成钛基多层复合材料的深度标记。相对传统工艺中数控机床加工和曝光显影工艺来说，本发明具有灵活性高、成本低和生产周期短等优点。不仅减少了切削液等废弃物的排放，而且加工后不需要清洗等后续处理，可以在产品生产组装后段直接加工出货。多脉宽合束激光镭射加工综合利用窄脉宽超快激光“冷蚀刻”加工和长脉宽纳秒激光“消融”抛光的优点，能有效对多层复合材料的深度标记加工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。