13、高功率激光加工与光子纳米射流微加工技术解析

高功率激光加工与光子纳米射流微加工技术解析

在现代制造业中，激光加工技术凭借其高精度、高速度等优势，在金属加工和微纳制造领域发挥着重要作用。本文将深入探讨高平均功率超短脉冲激光对不锈钢的高速加工，以及利用光子纳米射流进行激光微加工的相关技术。

高平均功率超短脉冲激光加工不锈钢

高平均功率超短脉冲激光结合（超）快速扫描系统对不锈钢进行高速加工的研究，在理论和实验方面都取得了重要成果。

理论分析

• 最佳加工区域 ：对材料烧蚀的理论分析表明，中能量密度范围是实现最佳烧蚀速率和加工通量的工艺区域。对于飞秒激光脉冲，当能量密度达到烧蚀阈值的7.4倍时，材料去除效率最高。
• 最大去除效率与速率计算 ：计算得出最大去除效率为0.244 $mm^3$/W/min。考虑到30W的平均激光功率，最大去除速率可达7.32 $mm^3$/min。通过平衡焦点直径和脉冲能量，使能量密度达到最佳值0.74 J/$cm^2$，可以使用不同的参数组合实现这一最大去除速率。

实验分析

• 材料去除研究 ：实验中使用了平均输出功率为31.7W的飞秒激光和76W的皮秒激光。结果发现，每个激光脉冲的体积去除量（体积烧蚀速率）和单位时间内可去除的材料体积（材料去除速率）都随能量密度的增加而增加。
• 重复率的影响 ：在508kHz至4.83MHz的脉冲重复率范围内，未观察到重复率对烧蚀速率有显著影响。但不能排除热积累和粒子屏蔽在