[发明专利]一种增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率的方法

权利要求书

1.一种增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率的方法，其特征在于：将空间增材制造的金属丝材用自紧式夹头固定在旋转电机的中心轴上，并将旋转电机安装在一维电动平移台上，实现丝材的精密转动和平移；

激光束从超快脉冲激光器发出后，经过系列光学元件将激光束聚焦到固定在旋转-平移台上的金属丝表面；

激光束经过的光学元件依次为反射镜一、反射镜二、光阑、格兰-泰勒棱镜、电子快门、潜望镜、反射镜三和凸透镜二；加工过程由同轴的光电探测器进行在线监测；

反射镜一和反射镜二改变光束传播方向；

光阑控制入口光斑大小；

格兰-泰勒棱镜调节脉冲激光功率和能量；

电子快门控制激光启停和脉冲数；

潜望镜由两个呈45°的反射镜组成，实现光束的拔高和改向；

反射镜三将激光速反射到金属丝表面；

凸透镜二聚焦激光束；

利用多尺度微纳复合结构的“减反”特性来增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率。

2.根据权利要求1所述的一种增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率的方法，其特征在于：所述自紧式夹头的口径为0.5mm～6mm，一维电动平移台的移动精度小于1μm，平移速度及旋转线速度为0.1mm/s～50mm/s。

3.根据权利要求1所述的一种增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率的方法，其特征在于：所述激光束的脉冲宽度小于10ps，脉冲重复频率为1～1MHz，单脉冲激光能量大于1μJ，激光波长为260nm～1035nm，焦点光斑直径为1μm～100μm。

4.根据权利要求1所述的一种增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率的方法，其特征在于：所述丝材的表面为多尺度微纳复合结构，包括微结构和纳米结构；所述微结构包括微沟槽、微腔、微锥和微柱阵列，尺寸和间距均为1μm～1000μm；所述纳米结构为周期性光栅结构及纳米颗粒，周期或尺寸在1nm～1000nm之间。

5.根据权利要求4所述的一种增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率的方法，其特征在于：所述微结构通过超快脉冲激光直写的方式制成，脉冲能量密度大于材料的阈值；所述纳米结构通过超快激光诱导周期性的方式制成，脉冲能量密度稍低于材料的阈值。

6.根据权利要求1所述的一种增强空间增材制造丝材激光能量吸收效率的方法，其特征在于：所述激光束在金属丝材表面制备多尺度微纳米结构，具体为：

S1：开启电脑和超快脉冲激光器；

S2：利用计算机作图软件建立微结构阵列几何模型，并规划制备微结构阵列的激光扫描路径；

S3：用自紧式夹头将空间增材制造丝材固定在高精度移动-旋转系统电机的中心轴上；

S4：在计算机软件上设置激光直写参数，包括超快激光微加工用激光功率、脉冲宽度、脉冲作用时间、丝材的旋转及移动速度、扫描间距激光功率、脉冲宽度、脉冲作用时间、丝材的旋转及移动速度和扫描间距，然后在金属丝材表面用超快激光直写出宏观微结构；

S5：设置激光诱导周期性表面结构的激光参数，然后在金属丝微结构表面激光诱导出周期性纳米结构；

S6：在金属丝表面获得多尺度的微纳米复合结构，增强激光吸收效率。