激光加工微孔质量的研究

激光加工凭借加工精度高、效率高、无污染、应用材料范围广的独特优势,成为加工微孔的首选,尤其是在高质量微孔的加工中有着不可替代的作用.介绍了激光加工微孔的优势及研究意义,总结了激光加工微孔的质量特征(如深径比、锥度、圆度、重铸层等),综述了激光加工微孔质量的研究现状,讨论了打孔方式、激光工艺参数(如脉冲宽度、波长、重复频率等)和加工环境(如真空、气体、液体等)三个因素对激光加工微孔质量的影响及其造成影响的原因,并对激光加工微孔的发展方向和今后研究的重点进行了总结.     

旋转双光楔光路引导系统Matlab仿真研究

由于光楔在高精度微孔加工中起着对激光光束引导作用，为了提高激光微细孔加工质量，给出了一种提高光楔对激光微加工精度分析的方法。首先提出了单光楔矢量等效概念，基于单光楔矢量定义对双光楔矢量模型进行了建立与分析，并得出了多个光楔进行矢量叠加的新方法；其次，应用Matlab 编写了仿真软件，仿真得出了激光束经过两个相同光楔后的轨迹，并指出了由于运动系统的不同步对激光微孔加工中打孔质量的影响，进行了误差定量分析并给出了误差计算公式。文中结论对高精度激光微孔加工控制系统设计时的性能指标提供参考。     

提高准分子激光打孔质量的方法研究

为了提高准分子激光打孔质量,分析了影响现行加工系统打孔质量的因素,在此基础上提出利用钻孔法改进打孔效果的解决方案。根据此方案设计了加工光路,进行了微孔加工实验。实验结果表明,采用248nm准分子激光加工有机材料聚甲基丙烯酸甲酯,微孔形状规则,孔径锥度可减小至0.055。该加工系统和方法提高了微孔加工的速度和质量,在微加工领域具有很好的实际应用价值。     

超快激光微孔加工工艺研究进展

硬脆和复杂结构材料上的微孔加工是超快激光的主要应用之一。超快激光微孔加工的质量和加工效率受单脉冲能量、频率、脉宽、偏振等光束特性以及加工方式、被加工材料、辅助方式等多个因素的综合影响。不同的工艺参数组合将导致不同的孔圆度、孔锥度、加工缺陷以及侧壁和孔边缘的表面质量,对工艺参数进行研究是超快激光微孔加工的核心问题之一。本文从光束特性、加工及辅助方式、材料特性等方面综述了目前超快激光微孔加工工艺的研究进展,总结并对比了不同研究中对同一工艺参数的研究结果。最后,提出了目前研究存在的不足并展望了今后提升效率和加工质量的方向。     

激光制备带热障涂层高温合金微孔工艺研究

高温合金多用作涡轮机等热端部件的材料,为降低部件工作温度通常需要在机体上制备大量的冷却微孔。激光加工技术适用性广,尤其能加工高硬度、高熔点材料,对于高温合金的微孔加工有独特优势。本文介绍了冷却微孔的实际应用,详细介绍了激光制备带热涂层高温合金的研究进展。分析并讨论了激光制孔热障涂层工艺的优势与不足,包括飞秒激光制备热障涂层高温合金,皮秒纳秒和毫秒激光器制备带热涂层高温合金等,最后总结了激光加工热障涂层微孔技术的问题与发展趋势。     

激光打孔中激光束性能及光学和工件参数的优化选择

本文研究了激光精密打孔中，激光束性能，光学及工件系统参数对孔质量的影响。在诸多参数中进行优化选择后，加工出径为０．０５－２ｍｍ的精密小孔，在ＴＥＭ００模高质量光束运转时，采用望远镜系统大聚焦透镜前焦面的束关径，进一步改善光束聚焦性能，加工出２５－３０μｍ的精密微孔。     

激光脉冲和工件参数对激光微孔加工质量的影响

研究了激光功率、重复频率、焦点位置以及光束质量对激光打孔质量的影响。通过调整和优化激光脉冲、聚焦光学系统和工件参数，在０．１～２ｍｍ厚的不同材料上打出孔径０．０６～０．２ｍｍ的精密小孔。利用ＴＥＭ００模激光脉冲和望远镜扩束后再聚焦的办法，加工出孔径２５～３０ｍｍ的微孔。     

微米级微孔激光打孔的研究

文中讨论了激光对金属微米级打孔的一些试验，得到了激光参数如：模式、泵浦能量、光学系统的焦距与加工微孔的直径，孔形等的关系，并得到最小约６μｍ微孔的良好结果。     

偏振态脉冲激光辐射的微孔加工

文中讨论了偏振态脉冲激光辐射微孔加工的一些实验。首次发现了偏振态激光打孔具有的独特优势一良好圆度、边缘光洁整体和较高的重复性;分析了其原因,同时对偏振态脉冲激光辐射影响微孔质量（孔形、孔深、锥度、人口孔径）的一些因素,如泵浦能量、光阑的选择及其大小,光学系统的焦距等也作了较为详细的研究和测试,得到了具有参考价值的结果。     

激光阈值附近微孔加工方法的研究

基于各个激光参数对加工微孔的影响以及激光在阈值附近工作时光束质量较好的优点,采用声光调QNd∶YAG脉冲激光器进行阈值附近的微孔加工,在0.7mm的镀锌钢板上获得了直径为15μm的微孔,深径比超过50,打孔成功率为100%。实验证实了此方法能实现高质量微细孔的激光制备。     

皮秒激光旋切加工微孔试验研究

为了解决毫/纳秒激光加工微孔质量低的问题,利用脉冲宽度为200ps的脉冲激光,采用高速旋切法对厚度为0.2mm的SUS 304不锈钢薄板进行直径为200μm的微孔加工试验,用激光共聚焦显微镜观察孔的外观形貌,研究旋切速率、激光功率和离焦量等因素对孔径、锥度和热影响区等加工质量的影响。结果表明,旋切速率对微孔内壁质量有直接的影响;通过提高转速来降低激光脉冲重叠率可以减小微孔内壁的热影响区;适当增加激光功率,能够改善旋切加工微孔切口处的加工质量;采用正离焦加工能够一定程度减小孔的锥度。优化工艺参量能够加工出热影响区小、边缘质量好的小锥度微孔。     

飞秒激光旋切不锈钢微孔实验研究

为了解决飞秒激光高脉冲能量冲击打孔中时存在微裂纹等问题,提出了飞秒激光旋切加工方法。本文利用脉宽为120 fs的飞秒激光,选择0.5 mm厚度的304不锈钢进行旋切打孔实验。实验研究了激光旋切加工中离焦量和光楔的相对偏转角对孔直径的影响,以及激光离焦量对微孔锥度的影响。结果表明,随着离焦量的增大,孔径增大,同时锥度会减小后增加,当离焦量为0时,锥度最小为3.5°;微孔直径随之双光楔相对转角的增大而增大。此外实验发现冲击打孔孔壁出现微裂纹而旋切微孔的孔壁出现了纳米周期性条纹。     

铝合金飞秒激光单步法和三步法旋切打孔技术研究

铝合金由于其优良的物理化学性能,在工业生产中得到了广泛应用,但铝合金的高反射率和高热导率限制了激光加工技术在铝合金精密加工中的应用。采用控制变量法研究了铝合金单步法旋切打孔技术中的激光重复频率、扫描次数、扫描速度、进给次数对微孔出入口形貌和锥度的影响规律。针对铝合金单步法旋切打孔中存在的锥度大和出入口形貌差等问题,提出了三步法旋切打孔方法。结果表明,该方法可以有效地减小微孔的锥度,改善出入口形貌,减少孔口周围的飞溅物堆积。主要原因是该方法可以有效地促进打孔过程中熔渣和等离子体的排出,减少其对激光能量的扰动,提高了激光能量的稳定性和均匀性。     

海量微孔水辅助法皮秒激光加工技术的研究及应用

针对激光加工具有海量微孔的金属滤网时基板热变形严重,且所加工微孔锥度大、孔形一致性差等问题,提出了背面水辅助的激光微孔加工法。该方法利用水进入微孔的毛细现象,光在气液界面的反射、折射现象,激光辐照到水中产生的力效应、空泡效应,以及水的冷却作用,实现了提高微孔加工质量的目的。采用皮秒脉冲激光分别在无水和有水辅助情况下对不同厚度的304不锈钢板进行打孔试验,验证了背面水辅助激光加工法的可行性。试验结果表明:在相同的加工参数下,相对于无水激光直接加工法,采用背面水辅助法加工得到的微孔锥度降低了2°～6°,再铸层减少,热影响区减小,所加工滤网的变形量减小,微孔的一致性得到提高。最后采用正交试验优化的工艺参数,在60μm厚板材上实现了出口孔径为55μm的具有海量微孔的滤网的加工。     

光纤激光在微喷灌塑料管上的打孔实验

农业用的塑料微喷灌管上要加工0.3～1 mm的小孔,传统的机械冲孔方式不能很好地满足质量要求。用激光在微喷灌管材上打孔,有对材料适应性好,加工效率高,孔口无毛刺等优点, 提高了产品质量和产品种类。实验采取连续光纤激光和脉冲光纤激光对聚乙烯(Polyethylene,PE)管进行打孔,得到了激光功率与加工孔径之间的关系和能量通量与加工孔径之间的关系。最后,用连续光纤激光和脉冲光纤激光均能够加工出符合要求的孔。     

准连续波激光打孔工艺综述

激光打孔作为在金属上制备各种大小和形状的孔的有效方法,在现代制造业中得到了广泛使用。而准连续波激光相比于连续波激光具有更低的平均功率以及更高的峰值功率,打孔过程中的热效应小,更为适合精密加工;而与短脉冲激光或超短脉冲激光相比,准连续波激光拥有更快的加工速度。因此准连续波激光在激光打孔中具有重大的发展潜力。本文总结了准连续波激光打孔时的激光参数变化对打孔质量产生的影响,以及其他工艺与打孔质量的关系。     

倒锥微孔阵列的激光微加工技术研究进展

激光微加工技术凭借其加工效率高、加工材料广泛、无物理损伤以及操控性强等优点在高精度机械部件的加工上有较好的应用前景,易加工出尺寸微小、数量庞大、高品质的倒锥微孔阵列.首先对激光加工微孔的工作原理和特点进行了介绍,综述了激光在加工微孔阵列、倒锥微孔以及倒锥微孔阵列的研究现状,详细介绍了准分子激光、飞秒激光、纳秒激光在加工...     

一种新的用于金刚石激光打孔的数控模型

提出了一种新的称为“锥形剥离”的数控模型 ,并开发了适用的数控系统和Nd∶YAG激光加工机床 ,用这种方法在天然金刚石上加工出了≤ 0 0 0 5mm的微孔。     

飞秒激光能量密度对SiC陶瓷微孔加工的影响

采用飞秒激光对SiC陶瓷进行螺旋微孔加工实验,研究了能量密度对材料微孔加工形貌及孔形的影响,分析了微孔孔径、圆度及锥度随激光加工工艺参数的变化规律.实验结果表明,相比于微孔出口而言,微孔入口受能量密度的影响较小,更高的能量密度有利于提高微孔的加工质量.该研究获得了孔径小于250 μm、圆度大于0.95、锥度小于1°的近圆柱SiC陶瓷微孔.对加工区域进行检测,发现材料表面存在一定程度的氧化现象,分析了位于不同加工区域元素含量变化的原因.     

不同环境中纳秒激光烧蚀单晶硅的物质抛出机理

为了探究纳秒激光烧蚀单晶硅过程中熔融物质的喷溅过程，对不同加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅的过程进行了模拟仿真及实验验证。采用Level-Set界面追踪法，通过仿真软件建立有限元模型，对空气、静水和真空加工环境中纳秒激光烧蚀单晶硅时物质抛出过程进行模拟仿真，研究了不同加工环境中温度场、速度场对表面喷溅的影响；采用波长266 nm、脉宽30 ns和频率50 Hz的单脉冲激光烧蚀单晶硅的工艺实验对仿真结果进行验证，通过原子力显微镜和数字显微镜对烧蚀结果进行了表征。结果表明，空气环境中，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率达到14.1 m/s,在微孔内部蒸汽压力的作用下，烧蚀区域熔融物质向外喷出；静水环境中，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率为1.68 m/s,远低于空气中的喷溅速率，熔融物质快速冷却；真空环境中，材料在短时间内汽化，t=30 ns时熔融物质的喷溅速率最大可达18.4 m/s,较高的喷溅速率有利于物质的抛出。加工环境对纳秒激光烧蚀单晶硅的物质抛出影响较大，这为提高纳秒激光加工单晶硅的加工质量提供了参考。