飛秒激光微加工的系統(tǒng)建立及工藝研究.pdf

1、碳化硅(SiC)陶瓷等超硬材料因其獨特的性能在制造微結(jié)構(gòu)元件的模具領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用;磨削作為目前最為可行的超硬材料精密加工手段,面臨著砂輪磨損迅速以及非連續(xù)表面的內(nèi)尖角難加工的問題。碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域中有愈加廣泛的應(yīng)用,在目前針對該材料的切削所使用的方法中存在著出現(xiàn)毛刺、分層、熱影響等問題。本文針對以上問題,提出了SiC陶瓷微結(jié)構(gòu)的飛秒激光加工工藝方案,作為磨削前的半精加工以減少砂輪磨損;以及展開對碳纖維增強樹脂基復(fù)合

2、材料的飛秒激光切割工藝研究,探索這種新手段的切割性能。
　　本文設(shè)計并搭建了由光源單元、光路傳輸單元、三維平移臺、輔助單元組成的飛秒激光微加工系統(tǒng);設(shè)計了焦點位置調(diào)節(jié)的方案;基于VC++環(huán)境開發(fā)了系統(tǒng)的控制軟件,實現(xiàn)對三維平移臺與激光快門的控制。整個系統(tǒng)硬件與軟件的實現(xiàn)保證了系統(tǒng)可以進行高精度、高重復(fù)性的加工。
　　本文分析了飛秒激光的掃描速度(v)、脈沖能量(P)對SiC材料去除的影響,在此基礎(chǔ)上對加工三維微結(jié)構(gòu)的參數(shù)進行

3、優(yōu)選;利用優(yōu)選參數(shù)分別采用透鏡聚焦和顯微物鏡聚焦兩種方式對三維微結(jié)構(gòu)進行加工;利用掃描電鏡、輪廓儀等分析加工微結(jié)構(gòu)的表面形貌和面形精度。結(jié)果表明,兩種聚焦方式對SiC進行微結(jié)構(gòu)的最佳參數(shù)均在為v=1mm/s、P=10μJ附近,顯微物鏡聚焦方式獲得的面形精度更高,但加工效率低;因此透鏡聚焦方式適用于加工尺寸稍大、對面形精度要求不高的微結(jié)構(gòu),顯微物鏡聚焦方式適用于加工尺寸較小、對面形精度要求稍高的微結(jié)構(gòu)。實驗驗證了飛秒激光微加工可作為超硬材

4、料微結(jié)構(gòu)的磨削加工前半精加工的可行性。
　　分別利用逐行掃描、逐層掃描的方式對碳纖維增強樹脂基復(fù)合材料進行切割,分析激光功率、掃描速度、加工方式對切割深度、切縫傾角、切口特性及切割面表面形貌的影響。實驗證明逐層掃描后方式更適合該材料的切割;獲得切縫約為0.6mm,切深受功率變化最顯著,最高切深和切縫垂直度在320mW、1mm/s的參數(shù)下獲得,切深為2.5mm左右,切縫傾角7.5°左右,切深還可以通過增加每層的掃描行數(shù)繼續(xù)增加;切口