脉冲激光高速微细加工技术研究

本文摘要：激光微加工技术具备非认识、加工材料范围广、精度高、重复率低、热影响区域小、形状与尺寸加工柔性高等优点，普遍应用于微机械、微电子器件、医疗器械、航空仪器生产等领域。目前，研究非同脉冲激光的微加工，大多数用于的是较低功率激光（P30W）。与较低功率激光比起，高功率非同脉冲激光有更高的加工能力，但目前关于高功率非同脉冲激光材料除去加工的研究较较少，尤其是低于100W的激光功率。

激光微加工技术具备非认识、加工材料范围广、精度高、重复率低、热影响区域小、形状与尺寸加工柔性高等优点，普遍应用于微机械、微电子器件、医疗器械、航空仪器生产等领域。目前，研究非同脉冲激光的微加工，大多数用于的是较低功率激光（P30W）。与较低功率激光比起，高功率非同脉冲激光有更高的加工能力，但目前关于高功率非同脉冲激光材料除去加工的研究较较少，尤其是低于100W的激光功率。　　中国科学院宁波材料技术与工程研究所先进设备生产所张文武率领的激光与智能能量场生产工程团队，在自律研发的开放式五轴同步数控系统基础上，与二轴扫瞄振镜融合，研发出有五轴同步300W皮秒激光加工和40W纳秒激光加工系统。

利用300W皮秒激光加工系统，团队在铜、铝、石英等材料上加工微槽，分析了有所不同加工参数条件对微槽宽度及深度的影响。该成果为焦俊科、阮亮、张天润、张文武共同完成，并在美国底特律ASME2014ManufacturingScienceandEngineeringConference上能量场生产论坛作为主题报告加以报导，引发参会学者普遍兴趣。

五轴同步高功率皮秒激光加工系统　　该研究推展了高速微纳米加工技术的发展和应用于。由于将识加工的速度相对于常规系统提升5-10倍，又很好地掌控了热影响，融合自律研发的五轴平台和软件界面，为大尺度简单形体的激光仪器加工奠下了基础。实验条件在2-20MHz时，仅次于的激光功率为300W，波长为1064nm，频率调整范围为400KHz-20MHz。

激光束光线到扫瞄振镜中，探讨光斑大约为40-75um。微加工路径由扫瞄振镜掌控，仅次于速度为10m/s。研究指出，高功率皮秒激光是一种微加工的有效地工具，有所不同的扫瞄层、激光功率、扫瞄速度下，材料除去效率有所不同。

研究对比了纳秒激光和皮秒激光的加工效率，找到皮秒激光要低于纳秒激光的加工效率，如图所示，皮秒激光的单位能量的材料去除率在一定深度范围内是对比纳秒激光的两倍以上。团队利用共计探讨显微镜对微槽加工结果展开精确测量。测量精度XY方向超过140纳米以下，Z向超过大于10纳米。沟槽的粗糙度、加工的三维形状和除去体积以求高可靠性测量。

皮秒激光与纳秒激光加工材料除去效率对比　　论文更进一步说明了了激光脉冲能量、平均功率等对材料去除率的影响，并认为单脉冲能量与加工的深度能力密切相关。非同脉冲激光器的深度能力适合于大于3毫米的识加工，高效率的大深度识加工必须更进一步的工艺突破。团队下一步将探寻水助激光加工，进一步提高脉冲激光的加工深度能力。

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