[发明专利]一种阵列式微织构成形系统及方法

说明书

本发明涉及一种阵列式微织构成形系统及方法，包括激光发生器系统，激光发生器系统包括若干激光器和一组透镜，若干激光器分为第一组激光器、第二组激光器、第三组激光器，第一组激光器位于凹透镜远离凸透镜的一侧，第二组激光器和第三组激光器位于凸透镜和凹透镜之间，凸透镜和凹透镜位于激光器发出的光线的方向上，第二组激光器位于凹透镜发出到凸透镜的折射光线，第二组激光器发射平行光线，第三激光器位于相邻的两个第二激光器之间，第三激光器的出射光线到凸透镜的入射点位于凸透镜的边缘位置。待加工板材的一侧覆盖约束层、能量吸收层。能量吸收层为黑漆或石墨。有利于实现大面积阵列式微织构结构的精确高效成形。

技术领域

本发明属于激光先进制造技术领域，具体涉及一种阵列式微织构成形系统及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

微织构指材料表面形成不同几何参数和分布特征的微凹坑、微沟槽、微凸起等阵列结构。结构上的微织构可以有效增大工件比表面积；表面上的微织构可以改善界面摩擦状况，减缓工件磨损。

现有的技术中，已经存在部分关于微成形方法的研究。例如，利用强脉冲激光冲击工件表面柔性贴膜使其表层气化电离并形成冲击波，由于产生的冲击波压力峰值超过材料动态屈服强度，使成形材料发生明显塑性变形。该方法可以高效实现材料的塑性变形及局部细微变形，但由于激光的高斯分布特征，使材料成形不均匀，大面积成形时逐点逐次冲击，光斑搭接处激光功率难以确定，材料成形精度差。

为了提高成形质量和稳定性，有的专利文献提出了一种医用钛合金板的激光冲击微成形装置及其微成形工艺，通过在现有技术的激光冲击微成形装置基础上，通过增加检测系统、在待微成形的钛合金板上喷涂黑漆层(作为吸收层)，以及在待微成形的钛合金板上加盖一层透明材质制成的板片作为吸收层等系列技术手段，使其适用于医用钛合金板的微成形加工，并实现了钛合金板的微米级甚至是亚微米级的微成形，其微成形的质量稳定、可靠、精度高。但其加工方式仍为逐点逐次加工，在大面积材料加工时存在加工效率低的弊端。

有的专利文献基于大光斑单次激光冲击的薄板半模精密成形方法，通过改变激光脉宽、能量和激光束空间调制器等激光参数来调整光束直径、冲击压力和成形半径大小，加上成形半模的作用，就可获得精确成形试样，能够初步实现单点单次较大面积成形。但由于经过激光空间调制器处理获得的光束为平行光，能量相对分散，能量效率低，只能加工厚度30-50微米的超薄金属板材，其应用受到限制。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种阵列式微织构成形系统及方法。本发明的系统和方法利用脉冲激光作用于能量吸收层产生的等离子爆轰波作为柔性凸模，进而作用于板材，使板材在带有目标阵列微织构图案的凹模中成形。同时专门的激光发生器(或称激光器)系统通过激光器三维排布和透镜的设置，可以实现加工功率提高及加工面积扩大，且参数均可控。有利于实现大面积阵列式微织构结构的精确高效成形。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

第一方面，一种阵列式微织构成形系统，包括激光发生器系统，激光发生器系统包括若干激光器和一组透镜，一组透镜包括一个凸透镜和一个凹透镜，若干激光器分为第一组激光器、第二组激光器、第三组激光器，分别包含若干第一激光器、第二激光器、第三激光器，第一组激光器位于凹透镜远离凸透镜的一侧，第二组激光器和第三组激光器位于凸透镜和凹透镜之间，第一组激光器中的若干激光器平行设置，凸透镜和凹透镜位于激光器发出的光线的方向上，第二组激光器位于凹透镜发出到凸透镜的折射光线之间，第二组激光器发射平行光线，第三激光器位于相邻的两个第二激光器之间，第三激光器的出射光线到凸透镜的入射点位于凸透镜的边缘位置。

第二激光器发射平行光线，平行方向定为y轴方向，垂直于平行方向为x轴方向，平行于y轴方向的光束，经凸透镜汇聚于加工平面附近，保证加工面积。