[发明专利]一种流体辅助超快激光加工锥度可调微孔的方法

说明书

本发明提供一种流体辅助超快激光加工锥度可调微孔的方法，包括以下具体步骤：将工件固定于超精密平台上，激光加工前，使用清洗液体、干燥气体完成工件清洗及干燥；根据工件的首层组成材料厚度及微孔锥度要求选择加工用激光束以扫描方式加工首层材料的微孔，同时根据材料成分选定加工时采用的辅助流体；首层材料微孔加工完成后，清洗并干燥加工区域，再由超快激光加工系统下移激光聚焦平面至下一层材料表面进行微孔加工，同时采用流体辅助加工过程，进而完成加工得到成品。本发明根据材料厚度及微孔加工锥度要求选择相应的超快激光扫描方式，并结合材料成分配以流体辅助加工，可大幅提高复合材料的微孔加工锥度可控性及微孔深径比。

技术领域

本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种流体辅助超快激光加工复合材料锥度可调微孔的方法。

背景技术

激光微孔加工是通过高能量激光束聚焦于微孔加工区域并与材料相互作用，使其在短时间内迅速升温至熔化甚至汽化，进而得到去除。由于激光束的聚焦及空间分布特性，加工出的微孔往往呈一定锥度。随着材料的厚度增加，激光加工的熔渣堆积在微孔内部难以喷出，微孔加工的深度受到限制，严重影响加工质量。复合材料因综合了多种材料的优越特性，已在航空航天、汽车工业、纺织机械及医疗器械等领域广泛使用，由多层材料组成的层状复合材料即是典型代表。由于该种复合材料的各层成分不同，仅采用一种加工工艺难以加工出高质量的微孔，且其微孔锥度的加工可控性难度更大。专利201510505715.7提出了超短脉冲激光钢箔微孔成型及锥度改善方法，采用飞秒红外激光通过轮廓迂回并同时下移进给聚焦平面的方式加工微孔，该方法虽可在一定程度改善微孔锥度，但可应用的材料十分有限，对于由多种成分组成的层状复合材料而言，此种加工方法无法满足锥度可调需求。专利CN201610350918.8提出了一种通过液体散射改善通孔锥度的装置及方法，先由激光加工出锥度通孔，再经液体的液面反射激光束以逐步消除激光加工通孔的锥度。该方法对液面的稳定性及激光束的反射角度较难控制，激光束经反射后的能量损失更是无法精确计算，应用方面难以实现。为满足对需求日益增多的复合材料加工需求，急需解决其锥度可调的微孔加工问题。

目前，现有技术存在以下技术问题：1、激光微孔加工呈现出一定的锥度，对于层状复合材料而言，仅采用一种工艺方法难以加工出锥度可调的高质量微孔；2、复合材料的激光微孔加工过程中产生的高温熔渣成分各异，如不及时清除，不仅使可加工的微孔深度受限，而且极易与未加工区域发生反应而引入杂质，严重影响加工质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种流体辅助超快激光加工锥度可调微孔的方法，本发明根据材料厚度及微孔加工锥度要求选择相应的超快激光扫描方式，并结合材料成分配以流体辅助加工，可大幅提高复合材料的微孔加工锥度可控性及微孔深径比。

本发明的技术方案为：一种流体辅助超快激光加工锥度可调微孔的方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

S1.将工件固定于超精密平台上，工件上方布置有气体与液体喷嘴，超精密平台固定于水槽中，水槽固定于工作平台上；

S2.激光加工前，使用液体与气体喷嘴分别喷射清洗液体、干燥气体完成工件清洗及干燥，再通过超快激光加工系统调节聚焦用激光束完成激光的聚焦，并移动超精密平台选定微孔加工区域；

S3.根据工件的首层组成材料厚度及微孔锥度要求选择加工用激光束A或激光束B以扫描方式加工首层材料的微孔，同时根据工件的首层材料成分选定加工时采用的辅助流体；

S4.首层材料微孔加工完成后，经液体喷嘴喷射液体清洗及气体喷嘴喷射气体干燥微孔加工区域，再通过超快激光加工系统下移激光聚焦平面至第二层材料表面；

S5.根据工件的第二层组成材料厚度及微孔锥度要求选择加工用激光束A或激光束B以扫描方式加工第二层材料的微孔，同时根据工件的第二层材料成分选定加工时采用的辅助流体；