[发明专利]一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备及方法

说明书

本发明公开了一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备及方法；包括计算机控制系统、位移系统、三维扫描系统、图案设计系统、加工规划系统、激光刻蚀系统和收集系统。位移系统带动激光头在三维空间上进行动态位移；三维扫描系统对加工物体进行扫描；图案设计系统对物体表面结构进行设计；加工规划系统对激光头加工路线进行规划；激光刻蚀系统根据设计好的三维模型表面结构和演算出的最高效率加工路线，对物体表面进行结构制造加工；收集系统收集激光刻蚀过程中的加工废屑。本发明能够对三维复杂曲面进行自由加工，还可同时制造宏观尺度和微纳尺度表面结构，保证了加工精度和加工效率，从而实现三维复杂曲面多尺度结构的高效高精度制造。

技术领域

本发明属于激光加工领域，特别涉及一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备及方法。

背景技术

激光加工是一种利用激光束投射到材料表面产生热效应来进行加工的技术，包括激光焊接、激光切割、激光刻蚀、激光打标、表面改性、激光钻孔和微加工等。与传统加工技术相比，激光加工具有加工效率高、绿色环保、对加工对象具有很强的适应性等优势，作为先进制造技术已广泛应用于汽车、电子、电器、航空、冶金、机械制造等国民经济重要部门，在提高劳动生产率、保证产品质量、实现自动化生产、减少污染与材料消耗等方面起到愈来愈重要的作用。超快脉冲激光是指输出激光的脉冲宽度在皮秒级别或小于皮秒级别的脉冲激光，是激光加工领域重要的发展方向之一。采用超快脉冲激光可实现各种微纳加工，在超精密微细加工方面有着显著优势。

激光刻蚀作为一种较为常见的激光加工工艺，采用高能脉冲激光束在材料表面聚焦成极小光斑，使材料在瞬间汽化蒸发，从而在材料表面形成孔、槽以及更复杂的加工结构。激光刻蚀工艺与湿法刻蚀、等离子刻蚀工艺相比，优点在于无接触性、无污染、成本较低，可以获得良好的尺寸精度和加工质量，在材料精密加工领域占据着重要地位。超快脉冲激光也被逐渐应用于激光刻蚀工艺中，虽然加工精度较高，但加工效率偏低，难以满足大批量的生产需要，而普通脉冲激光相比于超快脉冲激光，加工效率较高但加工精度低。由此可见，目前激光刻蚀技术的加工精度和效率之间难以达到良好的平衡。此外，国内现有的激光刻蚀设备大多只能对二维平面进行加工，针对三维复杂曲面的激光刻蚀装备较为缺乏，而少有的此类装备依赖于复杂的路径编程和规划进行加工，极大地影响了三维复杂曲面的激光刻蚀效率。为了针对三维复杂曲面跨尺度下的结构制造，打破加工精度和效率之间相互制约的矛盾关系，亟待一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备及方法，融合了激光三维扫描技术、激光刻蚀工艺及超快脉冲激光，通过多激光头的协同配合，不仅能够对三维复杂曲面进行自由加工，还可以同时制造宏观尺度和微纳尺度表面结构，保证了加工精度和加工效率，最终实现三维复杂曲面多尺度结构的高效高精度制造。

本发明通过下述技术方案实现：

一种多激光耦合的三维复杂曲面多尺度结构制造设备，包括计算机控制系统、位移系统、三维扫描系统、图案设计系统、加工规划系统、激光刻蚀系统和收集系统；

所述计算机控制系统连接位移系统、三维扫描系统、图案设计系统、加工规划系统、激光刻蚀系统和收集系统；