激光打孔

激光打孔

一、激光打孔简介：

激光打孔利用激光束高能量，高相干性，高光束质量的特点，

通过聚焦系统经而易举地可将光斑直径缩小到微米级，从而获得

100~1000W/cm2的激光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在

任何材料实行激光打孔。打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工

艺中，使得硬度大、熔点高的材料越来越多容易加工。例如，在聚

晶金刚石，高熔点金属钼板，高温合金，陶瓷，上加工微米量级孔

径；在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几

十微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头，在不锈钢

板上打筛网孔等，激光束以一定的形状及精度重复照射到工件固定

的一点上。

在和辐射传播方向垂直的方向上，没有光束和工件的相对位

移。复制法包括单脉冲和多脉冲。目前一般采用多脉冲法，其特

点是可使工件上能量的横向扩散减至最小，并且有助于控制孔的

大小和形状。毫秒级的脉冲宽度可以使足够的热量沿着孔的轴向

扩散，而不只被材料表面吸收。激光束形状可用光学系统获得。

如在聚焦光束中或在透镜前方放置一个所需形状的孔栏，即可以

打出异形孔。加工表面形状由激光束和被加工工件相对位移的轨迹决定。用轮廓迂回法加工时，激光器既可以在脉冲状态下也可以在连续状态下工作。用脉冲方式时，由于孔以一定的位移量连续的彼此迭加，从而形成一个连续的轮廓。采用轮廓加工，可把孔扩大成具有任意形状的横截面。

激光打孔是最早达到实用化的激光加工技术,也是激光加工的主要应用领域之一。随着近代工业和科学技术的迅速发展,使用硬度大、熔点高的材料越来越多,而传统的加工方法已不能满足某些工艺要求。例如，在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径；在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。这一类的加工任务用常规机械加工方法很困难，有时甚至是不可能的，而用激光

打孔则不难实现。激光束在空间和时间上高度集中，利用透镜聚

焦，可以将光斑直径缩小到微米级从而获得105-1015W/cm2的激

光功率密度。如此高的功率密度几乎可以在任何材料实行激光打

孔，而且与其它方法如机械钻孔、电火花加工等常规打孔手段相

比,具有以下显著的优点:1）激光打孔速度快,效率高,经济效益好。

由于激光打孔是利用功率密度为l07-109W/cm2的高能激光束对材

料进行瞬时作用,作用时间只有10－3-10－5s,因此激光打孔速度非

常快。将高效能激光器与高精度的机床及控制系统配合,通过微处

理机进行程序控制,可以实现高效率打孔。在不同的工件上激光打

孔与电火花打孔及机械钻孔相比,效率提高l0-1000倍。

二、现代激光打孔技术

激光打孔、不锈钢激光打孔、陶瓷激光打孔、激光精密打孔，主要用于不锈钢、陶瓷、

金属、金刚石、硬质、耐高温材料的激光打孔。孔径从0.008-10mm,厚度1-12mm。

不同的激光打孔方法特点：

1、直接打孔：

利用聚焦透镜直接打孔，孔大小，圆度取决激光光斑大小及圆度，孔的大小不易控制。只能适合较小的孔。孔径0.05-0.6mm左右

2、切割打孔：

直接打孔的方法只能适合较小的孔。如需较大的孔需要采

用XY运动平台来实现，孔内壁光洁度较差，精度较差，打孔

速度慢，可打大孔，多孔。

3、工件旋转打孔：

孔内壁光洁度较好，圆度高，打孔速度快，但只能打单一孔。

打孔范围，孔径0.05-3mm左右。适合圆形同轴零件打孔，可

打角度孔。

4、光束旋转打孔：

打孔时工件不动，孔的大小由光束旋转器控制，打孔孔内壁光洁度较好，圆度高，打孔速度快，由XY运动平台来实现位置定位，可打多孔。是目前最先进

激光打孔机一般由固体激光器、电气系统、光学系统和三坐标移动工作台等四大部分组成。（１）固体激光器工作原理

当激光工作物质钇铝石榴石受到光泵(激励脉冲氙灯)的激发后，吸收具有特定波长的光，在一定条件下可导致工作物质中的亚稳态粒子数大于低能级粒子数，这种现象称为粒子数反转。

一旦有少量激发粒子产生受激辐射跃迁，就会造成光放大，再通过谐振腔内的全反射镜和部分反射镜的反馈作用产生振荡，最后由谐振腔的一端输出激光。激光通过透镜聚焦形成高能光束照射在工件表面上，即可进行加工。

（２）电气系统包括对激光器供给能量的电源和控制激光输出方式(脉冲式或连续式等)的控制系统。在后者中有时还包括根据加工要求驱动工作台的自动控制装置。

（３）光学系统的功能是将激光束精确地聚焦到工件的加工部位上。为此，它至少含有激光聚焦装置和观察瞄准装置两个部分。

（４）投影系统用来显示工件背面情况，在比较完善的激光束

打孔机中配备。

（５）工作台由人工控制或采用数控装置控制，在三坐标方向

移动，方便又准确地调整工件位置。

工作台上加工区的台面用玻璃制成，因为不透光的金属台面

会给检测带来不便，而且台面会在工件被打穿后遭受破坏。工作

台上方的聚焦物镜下设有吸、吹气装置，以保持工作表面和聚焦

物镜的清洁。

三、激光打孔技术参数应用：

由于激光具有高能量，高聚焦等特性，激光打孔加工技术广泛应用于众多工业加工工艺中，使得硬度大、熔点高的材料越来越多容易加工。例如，在高熔点金属钼板上加工微米量级孔径；在硬质碳化钨上加工几十微米的小孔；在红、蓝宝石上加工几百微米的深孔以及金刚石拉丝模具、化学纤维的喷丝头等。利用激光在整个在空间和时间上高度集中的特点，经而易举地可将光斑直径缩小到微米级，从而获得100~1000W/cm2的激光功率密度。如此高