基于正交实验的SUS304不锈钢激光打孔过程参量优化

为了优化激光打孔参量和提高激光打孔成型质量,采用正交实验法对5mm厚的SUS304不锈钢材料进行激光打孔实验研究和理论分析,测量和计算得到了激光打孔上下孔径和锥度的数据,并采用极差分析法得到了脉冲宽度、脉冲能量、重复频率、离焦量和脉冲个数等参量对小孔锥度的影响程度以及SUS304不锈钢激光打孔的最优实验参量组合。结果表明,离焦量、脉冲宽度和脉冲个数对孔锥度的影响较大,重复频率和脉冲能量的影响较小,优化后的激光参量为脉冲宽度0.5ms、脉冲能量2.5J、重复频率40Hz、离焦量0mm、脉冲个数200个。采用优化后的激光参量可加工出锥度较小的孔。     

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。     

紫外纳秒激光加工金刚石微槽工艺参数优化研究

金刚石微槽在微电子散热器件和光学器件等领域都有非常大的潜在应用价值。系统研究了激光脉冲能量、扫描速度、扫描次数、重复频率和离焦量对金刚石微槽形貌、微槽宽度、微槽深度及微槽深度与宽度的比值的影响规律。研究结果表明,金刚石微槽的深度与激光脉冲能量、扫描次数呈正相关,随着激光脉冲能量和扫描次数的增大,微槽深度逐渐增加,并且当激光脉冲能量达到200μJ,扫描次数增加到30时,微槽深度趋于稳定;金刚石微槽的深度与扫描速度呈负相关,当扫描速度为5 mm/s时,可获得深度较大的微槽;微槽的深度随着激光重复频率的增大而增加,当激光重复频率达到60 kHz时,微槽的深度趋于稳定。当离焦量从负值变化到正值时,微槽的深度先增加后减小,当离焦量为-1 mm时,微槽的深度达到最大。在激光脉冲能量为200μJ,扫描速度为5 mm/s,扫描次数为30,重复频率为60 kHz,离焦量为-1 mm的优化参数下,能够获得微槽深度与微槽宽度的比值大于12的金刚石微槽。     

聚氨酯绿激光打孔工艺研究

为了对片状聚氨酯进行表面修饰, 促进细胞在其上的粘附, 对使用波长为532 nm的脉冲固体激光器在片状聚氨酯上打孔的工艺参数进行了研究。主要研究了激光能量、激光作用时间、脉冲个数以及离焦量对打孔效果的影响。结果表明, 随着激光能量的升高、激光作用时间的延长以及脉冲个数的增加, 孔径和孔深均会随之增加。焦点的降低和进入聚氨酯深度的增加, 会导致孔的锥度增加。所打微孔大小均匀, 圆度好, 无毛边、锯齿。波长为532 nm的激光主要通过光热作用对聚氨酯进行消解。     

陶瓷激光精密打孔工艺研究

用脉冲Nd:YAG激光对氧化铝（Al2O3)陶瓷基片进行了激光打孔试验,分析了激光能量、激光脉宽、脉冲频率、离焦量等工艺参数对成孔质量的影响。     

离焦量对空气中纳秒激光打孔效率的影响

用波长1.06μm,脉冲半峰全宽(FWHM)约10 ns的Nd∶YAG激光照射在薄铜靶上,研究了打孔效率同离焦量之间的关系。实验中脉冲能量分别为26 mJ,52 mJ,85 mJ,204 mJ和274 mJ,在各脉冲能量下,改变离焦量,测出相应的打孔效率。结果表明,离焦量是影响打孔效率的重要因素;实际打孔过程中,采用较低的激光功率密度和 3~ 4 mm的离焦量是合理的选择。当离焦量d<0时,打孔效率主要由激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽两个物理机制决定;当离焦量d>0时,打孔效率是激光照射产生的热烧蚀、等离子体屏蔽和焦斑处空气等离子体辐射的促吸收效应共同作用的结果。     

高峰值功率自准直脉冲Nd:YAG激光加工无锥度直孔研究

利用改进的脉冲Nd:YAG激光器,对激光冲击打孔加工无锥度直孔进行了实验研究。在优化激光脉冲峰值功率和脉冲能量、辅助气压参数的基础上,通过比较实验证明,能量递增组合脉冲是实现无锥度直孔加工的有效方式,增加脉冲组合中脉冲的个数可加工出负锥度的孔;激光焦点位置是影响孔锥度的重要因素,焦点位于材料表面上方1.1~1.7 mm有利于减小锥度。在厚度为1.5,3.0 mm的镍基高温合金材料上,获得孔径分别为480,510μm的直孔,重复打孔孔径误差约30μm,孔锥度<1%。给出了可实用于激光冲击打孔的直孔加工方法和脉冲激光器,并可用于其他材料的加工。     

脉冲光纤激光毛化H13模具钢的实验研究

为研究激光毛化坑点的演变,采用脉冲光纤激光设备,以H13模具钢为实验试件进行激光毛化加工。选取激光功率、重复频率、扫描次数以及离焦量作为研究的工艺参数,采用单因素分析法分析毛化坑点特征参数的演变规律,并对毛化坑点周围表面做显微硬度检测。研究结果表明：毛化坑点直径以及深度随着激光功率的增大在逐渐增大,随着重复频率的增大开始逐渐减小;当激光扫描次数增加时,毛化坑点深度一直增大但直径呈现先增大后减小的状态;当增大激光离焦量时,毛化坑点直径随之增大;毛化坑点周围表面显微硬度都有一定的提升。     

脉冲Nd:YAG激光对薄层聚氨酯材料打孔

激光打孔是一种精度高、操作简便的材料表面修饰物理手段.以往研究曾使用准分子和飞秒级钛宝石激光器作为打孔光源.为了验证脉冲Nd:YAG激光器对组织工程材料打孔的效果,掌握不同激光光束特性和能量的成孔规律,对组织工程薄层生物材料激光打孔进行了实验研究.选用能量输出范围为0.01～1 J的脉冲Nd:YAG激光器和厚约50 μm的片状聚氨酯材料(PU)进行打孔.改变激光输出能量、脉冲宽度、光阑孔径和光斑模式,用显微镜观察不同条件的穿孔形态.当Nd:YAG激光器脉冲宽度为30 μs,入射能量密度为0.6×104～2.1×104J/cm2时可击穿厚为50μm的PU材料,成孔直径在20～90μm之间,且低阶模光束成孔边缘光滑,对周围材料影响小.低阶模的穿孔直径为20～40μm,高阶模的穿孔直径为60～90μm.实验结果表明脉冲Nd:YAG激光器可以用作组织工程血管材料打孔.     

飞秒激光工艺参数对合金DD6气膜孔加工的影响

采用扫描电子显微镜(SEM)观察不同工艺参数下飞秒激光加工镍基单晶合金DD6气膜孔的形貌,主要考虑不同离焦量、不同单脉冲能量下气膜孔的孔径、锥度和圆度误差.实验结果表明:当离焦量由零转为正或负时,上孔径和锥度会增大,而下孔径则会减小;当离焦量由负变正时,圆度误差变大;当单脉冲能量逐渐增大,孔直径越大,锥度则会减小,圆度误差逐渐增大.当加工时间为30 min,离焦量为0,单脉冲能量为100 μJ时,孔锥度达到最佳值.     

不同水辅助方法对高温合金飞秒激光逐层逐圈切孔质量的影响

主要研究了水基和水膜辅助这两种不同水辅助方式对飞秒激光高温合金逐层逐圈切孔质量的影响,对比分析了不同水辅助方式下激光脉冲重复频率变化对微孔出入口孔径、锥度、内壁形貌和内壁粗糙度的影响。实验结果表明:水基和水膜辅助均可以改善飞秒激光制造微孔的质量,微孔锥度减小,微孔内壁粗糙度减小,且水基辅助的改善效果更明显。当激光脉冲能量为80 μJ,脉冲重复频率在100 kHz左右时,水基辅助飞秒激光制孔可以获得较好的孔内壁质量,同时相比于空气中孔的锥度减少18.04%。随着激光脉冲重复频率的增加,两种水辅助条件下微孔的出入口孔径和锥度均先减小后增大,其中水基辅助下的微孔内壁粗糙度数值变化不大,水膜辅助下微孔内壁粗糙度数值不断增加。实验结果为优化水辅助飞秒激光制孔工艺提供了参考。     

飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征研究

为了探究飞秒激光加工SiC/SiC复合材料厚板的孔型特征, 采用光束同心圆填充扫描方式对厚度为4mm的SiC/SiC复合材料进行制孔实验, 分析了飞秒激光加工参数对入口直径、孔深、锥度等孔型特征的影响规律和影响机理。结果表明, 脉冲能量、重复频率、线重合度以及扫描速率对小孔入口直径影响较小, 但对孔深和锥度影响较大; 上述实验参数与光束扫描面积内的能量密度密切相关, 小孔锥度随能量密度增大而减小, 小孔深度则反之; 当采用最大脉冲能量130μJ、最大重复频率100kHz、最小扫描速率100mm/s、最大线重合度77%以及最小进给量0.1mm时, 小孔锥度达到最小值12.38°; 上层材料对光束的遮挡以及排屑困难导致深孔加工锥度不易控制。该研究可以为今后SiC/SiC超快激光制孔应用提供参考。     

不同脉宽纳秒激光致铝材损伤特性与打孔机理

为了获得纳秒激光脉宽对铝材的损伤特性,给纳秒激光金属加工的脉宽选择提供依据,采用面积推算法,利用光学显微镜、扫描电镜、表面轮廓仪等仪器,测试了37种脉宽纳秒激光（脉宽10ns~520ns,波长1064nm）对铝材的损伤阈值。研究了脉宽不变时激光脉冲数目对铝板的损伤规律,揭示了不同脉宽纳秒激光对铝板打孔的作用机理。结果表明,单脉冲损伤阈值与纳秒激光脉宽的平方根成线性关系。当脉冲个数增加时,材料的损蚀阈值呈现下降趋势; 铝板打孔时,纳秒激光的脉宽越窄,对铝的损伤阈值越低; 打孔过程中蒸发过程占主导,孔内壁烧蚀熔融物越少,孔圆度越好,孔口喷溅物越少,打孔质量越高。该结果可为纳秒激光金属加工的脉宽选择提供参考。     

紫外光激光加工盲孔的工艺研究

紫外光(UV)激光因波长短、能量大、加工精度高等优点,被越来越多地应用到PCB微孔制作工艺中。文章研究了UV激光加工φ200μm的盲孔,通过正交试验分析了激光功率、加工速度、激光频率和Z轴高度等各因素与钻孔深度之间的关系,且获得了UV激光制作一阶与二阶盲孔的最佳工艺参数和方法。研究结果表明,钻孔深度随着激光功率和加工速度的增大而增大,而激光频率的增加使钻孔深度减小。     

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。     

飞秒激光制备阵列孔金属微滤膜

选用不锈钢、铜和铝三种金属薄膜作为实验材料,厚度10~50μm.对不锈钢、铜和铝三种金属薄膜进行飞秒激光加工,研究了所形成的微纳米孔直径与飞秒激光加工参数的关系.结果表明,飞秒激光加工的微孔直径随单脉冲能量和脉冲数的平方根的增大而增大.不锈钢薄膜适于飞秒激光制作金属微孔膜,在25μm厚的不锈钢薄膜上制备了大面积阵列微孔,孔直径为2.5~10μm,孔间距为10~50μm.与传统烧结金属微孔过滤膜比较,飞秒激光制备阵列微孔金属膜具有膜孔尺寸均匀一致、直通孔形、膜孔尺寸和间距可控等特点,可获得较高的孔隙率,有利于提高透过水通量.     

420μm以上超厚铜线路板钻孔加工技术研究

随着全世界汽车工业的快速发展,汽车用厚铜电源板的需求正呈现快速增长趋势,这就要求有能力生产厚铜电源板的厂家尽力寻求效率最高、质量最好的加工方法。然而众所周知,由于厚铜电源板铜箔太厚(普通板铜厚的5～12倍),在钻孔过程中会产生大量长度超过20000μm的钻屑,因此经常出现铜屑堵孔、堵塞机床真空管路、断刀、钻孔毛刺大、孔边铜箔突起、孔壁粗糙度大、孔位偏差大等严重影响产品质量与加工效率的问题,这些问题虽然通过降低叠层、增加跨孔停顿时间可以获得相对缓解,但却因此损失了较大的产能。随着线路板行业利润率越来越低、各企业都在研究各种先进工艺以提高生产效率并获取利润率的今天,这种低效率是不能忍受的。弊司在普通(120～160)krpm数控钻床上,运用独自研发的特殊断屑工艺、最佳的钻削参数以及对刀具的合理控制与研究,成功解决了钻屑堵孔及堵塞真空管路的问题,从而使钻孔过程中存在的其它一系列问题迎刃而解,真正实现了420μm以上超厚铜线路板的高速钻削。本文主要着眼于钻孔量产时的几个关健点,即钻削抗力、钻削参数、刀具控制进行技术分析评价。     

CO2激光钻孔工艺优化方法研究

介绍了一种用CO2激光钻机开铜窗及打盲孔的新工艺,通过变换CO2激光钻机光束直径大小,达到CO2激光钻机开大窗,打小孔,从而控制孔型的目的。此新工艺可减少普通Cu—Direct工艺悬铜过大问题,也可避免干膜蚀刻开铜窗流程长,成本高等问题,针对激光孔孔底开裂失效缺陷也有所改善。     

Microwave drilling of bones

This paper presents a feasibility study of drilling in fresh wet bone tissue in vitro using the microwave drill method [Jerby et al, 2002], toward testing its applicability in orthopaedic surgery. The microwave drill uses a near-field focused energy (typically, power under approximately 200 W at 2.45-GHz frequency) in order to penetrate bone in a drilling speed of approximately 1 mm/s. The effect of microwave drilling on mechanical properties of whole ovine tibial and chicken femoral bones drilled in vitro was studied using three-point-bending strength and fatigue tests. Properties were compared to those of geometrically similar bones that were equivalently drilled using the currently accepted mechanical rotary drilling method. Strength of mid-shaft, elastic moduli, and cycles to failure in fatigue were statistically indistinguishable between specimen groups assigned for microwave and mechanical drilling. Carbonized margins around the microwave-drilled hole were approximately 15% the hole diameter. Optical and scanning electron microscopy studies showed that the microwave drill produces substantially smoother holes in cortical bone than those produced by a mechanical drill. The hot spot produced by the microwave drill has the potential for overcoming two major problems presently associated with mechanical drilling in cortical and trabecular bone during orthopaedic surgeries: formation of debris and rupture of bone vasculature during drilling.