超快激光多光束旋光高通量加工异型微孔阵列

作     者：阿占文 张朋辉 路遥 伏开虎 赵楠 邹贵生 

作者机构：青海大学机械工程学院 清华大学机械工程系 北京遥感设备研究所 

出 版 物：《中国激光》 (Chinese Journal of Lasers)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

基　　金：国家自然科学基金(52305479) 

主　　题：超快激光 多光束旋光钻孔 高通量激光钻孔 异型微孔阵列 

摘      要：由于微孔数量多、特征尺寸小和质量要求高，异型微孔及其阵列的超快激光加工仍然是目前面临的一个挑战。本文研究了多光束并行加工和旋光加工系统相融合的超快激光高通量加工异型微孔阵列的工艺。根据微孔深度方向的形状变化特征，可采用分段调控和连续调控旋光参数两种工艺。分段调控加工时，旋光参数调控范围决定了微孔的形状特征，激光焦点的位置决定了形状特征在深度方向的分布位置；连续调控加工时，旋光参数调控范围决定了微孔的形状特征，但这些形状特征在深度方向的分布位置不仅和激光焦点位置有关，也受旋光参数变化速率的影响。几何光路仿真结果表明采用先旋光再分束的方法可实现各子光束的同步旋转，虽然旋转半径和出射角度分别存在0.15μm、±0.29°的差异，但实际的加工结果表明这些差异对孔型一致性的影响可忽略不计。同时，加工结果也表明多光束旋光工艺对多种分束模式均具有良好的适应性，即使子光束间最大间距达到1 mm，仍可保持加工孔型的一致性。用16束旋光在0.3 mm厚的不锈钢板上并行加工2000个异型微孔，加工效率相较于传统单光束加工提升了10倍以上。