多能场微射流水导激光加工研究发展概况

发布时间：2024-02-03 08:39

　　微射流水导激光加工属于一种多能场复合激光加工技术.该技术利用加工激光耦合稳定压力微射流,改变激光能量分布为平顶高斯光束,并对加工断面进行冷却、冲刷.稳定的小流量压力去离子水射流导引激光柔性延伸加工焦点,改善加工激光能量分布的同时实现去屑、冷却,使得其轴向加工质量、精度得到提高,并提高激光轴向加工能力.本文介绍并阐述了该加工装置及设备研发的若干关键因素:激光全反射入射角度的选择、光束质量、模式、聚焦位置及激光与水射流的耦合精度.对比了该技术与超短脉冲激光(飞秒激光)的加工特点.阐述了微射流水导激光适当控制激光加工热量,控制激光加工方向,适用于高质量大深径比(约10–100)的深孔、槽、缝的场合以及一些低k绝缘材质,硬质合金、SiC、GaAs、聚晶金刚石等材质的高附加值对象场合.

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【部分图文】：

图2(网络版彩图)典型微射流水导激光与飞秒激光加工质量比较[6]

以典型的微秒级微射流水导激光加工的质量与800fs飞秒激光加工为例,短脉冲激光微射流水导激光的加工激光参数如表1所示.UniversityofPisa的Romolia等人[6]进行了表1中20μs的微射流水导激光与800fs激光深度加工断面的质量比较,两者光束整合应用的都....

图3(网络版彩图)典型微射流水导激光激光水射流耦合头装置.(a)Synova公司切割耦合激光头;(b)Synova公司的晶圆切割;(c),(d)哈尔滨工业大学两套典型耦合装置[8,11];(e)清华大学三轴精细可调激光耦合装置[26];(f)带轴锥棱镜的水导激光耦合装置[25];(g)带倒置望远镜聚焦微射流水导激光耦合装置[30]

微射流水导激光的传输效率是一个关系到加工效率的复杂关键问题,其传递效率受激光与水射流的耦合精度、激光光束能量分布、激光模式以及水层厚度、射流稳定性影响.其中,耦合装置的设计是关键,其所需考虑相关因素包括:水层的厚度、入射角度、速度、层流、紊流的具体形态、喷嘴的形状形貌、材质.3.....

图4(网络版彩图)微射流水导激光典型激光水射流耦合腔体及前端喷嘴.(a)上端送水,底部喷嘴进水的水腔体[10];(b),(c)0.14mm铜喷嘴[10];(d)同层水腔体结构;(e)装配的蓝宝石喷嘴[16];(f)–(h)0.03mm红宝石喷嘴[30]

稳定微水射流可以使得参与加工的激光全反射传输于多模水束光纤射流内,并引导激光至工件待加工表面,同时冲刷加工后的熔渣甚至重铸层,并持续柔性延伸加工激光的焦点.由此可见，水束光纤对于微射流水导激光系统稳定工作的重要意义,常见的微射流水导水束光纤直径为20–200μm.NgEddie....

图5(网络版彩图)微射流水导激光典型激光水射流稳定传输长度.(a)稳定层流长度;(b)喷嘴对应的湍流长度;(c)实测导光射流长度[8]

在水射流距离喷嘴较远时,相对于功率密度小的激光,功率密度大的激光会产生更强的非线性受激拉曼散射现象,模式越多的激光传输效率越高.选择合适的工作距离,水束光纤入射角度如表2所示,从而指导了激光的孔径比、水导激光横模、水射流工作长度、腔体内对准耦合光加工激光功率参数的选择.目前,该系....

本文编号：3894021