13、金属高速激光加工与光子纳米射流激光微加工技术解析

金属高速激光加工与光子纳米射流激光微加工技术解析

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，在金属加工和微加工领域发挥着重要作用。本文将深入探讨金属高速激光加工以及光子纳米射流激光微加工这两种先进技术。

1. 金属高速激光加工

金属高速激光加工采用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加工。

1.1 理论分析

• 最佳加工区域 ：对材料烧蚀的理论分析表明，中能量密度范围是烧蚀速率和吞吐量方面的最佳加工区域。对于飞秒激光脉冲，当能量密度比烧蚀阈值高 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 mm³/W/min，考虑 30 W 的平均激光功率，最大去除速率为 7.32 mm³/min。通过平衡焦点直径和脉冲能量至最佳能量密度 0.74 J/cm²，可以使用不同的参数集获得该最大去除速率。

1.2 实验分析

• 实验设备 ：使用高平均功率、高脉冲重复频率（PRF）的超短脉冲激光进行实验，包括平均输出功率为 31.7 W 的飞秒激光和 76 W 的皮秒激光。
• 能量密度与去除率关系 ：实验发现，每个激光脉冲的体积去除量（定义为体积烧蚀速率）和单位时间内可去除的材料体积（定义为材料去除速率）都随能量密度的增加而增加。在 508 kHz 至 4.83 MHz 的脉冲重复频率范围内，未观察到重复频率对烧蚀速率有显著