摘要：据悉，印度蒂鲁吉拉伯利国家技术学院的科研人员报道综述了短脉冲和超短脉冲激光微孔加工的材料、机理、方法及应用研究。相关论文以“A review on short and ultrashort pulsed laser microdrilling: materia
长三角G60激光联盟导读
据悉，印度蒂鲁吉拉伯利国家技术学院的科研人员报道综述了短脉冲和超短脉冲激光微孔加工的材料、机理、方法及应用研究。相关论文以“A review on short and ultrashort pulsed laser microdrilling: materials, mechanism, methods, and applications”为题发表在《Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering》上。
航空航天、汽车、电子和医疗行业对精密复杂微孔的需求与日俱增。由于刀具磨损会导致尺寸、形状和表面完整性变差，传统的刀具式微加工工艺的生产率受到了限制。为了解决这一问题，工业家们开始采用激光微孔加工方法来满足日益增长的需求，因为该方法在加工各种工程材料具有高生产率。然而，激光微孔加工过程中产生的几何偏差和表面缺陷大大降低了工业部件的可用性。因此，本文综述了短脉冲和超短脉冲激光微孔加工工艺及其应用。本文讨论了短脉冲和超短脉冲激光的烧蚀机理以及高效烧蚀的阈值理论。此外，本文还讨论了几种激光钻孔技术，如之字形钻孔、交错钻孔、同心钻孔、双旋转钻孔和双光束相反位错钻孔，最大限度地减少热影响区，减小孔锥度，提高孔的质量。本文探讨了激光工艺参数对不同工程材料上短脉冲和超短脉冲微孔的几何和冶金性能的影响。结论是，脉冲宽度、激光功率、脉冲频率和扫描速度是影响孔的圆度、锥度、飞溅、重铸和热影响区（HAZ）等孔质量的最重要参数。最后，本文重点介绍了脉冲激光微孔加工工艺的工业应用、不足之处和未来建议。
图1 LBMD过程中激光与材料相互作用的示意图。
图2短脉冲激光烧蚀示意图。
图3超短脉冲激光烧蚀。
图4不同激光通量和脉冲数下的超短激光辐照。
图5激光切割示意图。(a)激光钻孔法(b)顺序扫描法（扫描顺序不变）(c)交错扫描法（扫描顺序改变）。
图6激光钻孔Ti-6Al-4V孔入口附近沉积的飞溅物。
图7用激光微孔加工制作的酸洗前（a）和（c）和酸洗后（b）和（d）的显微图案的SEM图。
图8钛合金激光钻孔热影响区(a)入口(b)中间(c)出口
图9不同激光影响下热障涂层Ti-6Al-4V激光钻孔的微观结构。
图10纳秒激光辐照铜的SEM显微图(a)5.46 GW/cm2；(b)12.37 GW/cm2。
图11直流电对激光钻孔过程中形成的等离子体的影响示意图。(a)未使用直流电。(b)施加直流电后。
图12 Al 1050合金激光钻孔的横截面SEM图。脉冲持续时间2ms (a)4Hz (b)12Hz。脉冲持续时间1ms (c)8Hz (d)12Hz。
图13用1000脉冲在铝材上烧蚀凹坑的显微图；(a)和(b)激光在空气中钻孔(c)和(d)激光在水中钻孔。
图14空气中激光钻孔显微图(a)入口侧(b)出口侧。
图15激光切割孔显微图(a)顶面(b)底面(c)孔边缘横截面图。
图16皮秒激光在PCB中钻孔微孔的质量(a)钻孔盲孔的截面图(b)盲孔的光学图像。
图17涡轮叶片上的气膜冷却孔(a)叶片表面 (b)气膜冷却(c)集成冷却。
短脉冲和超短脉冲激光微孔加工工艺的不足与未来建议
本文综述了各种材料的短脉冲和超短脉冲激光微孔加工工艺、机理、方法和应用。尽管LBDM 工艺的性质复杂，研究人员即使已经在多个方向上为提高钻孔质量做出了许多贡献，但仍需要进行大量的研究。
在制造领域，一个具有挑战性的问题是对难加工材料进行超短脉冲激光微孔加工的实验研究。因此，需要进行分析和有限元模拟，理解该过程的物理性质，并预测之字形扫描、双旋转方法、交错扫描和圆形扫描方法中的钻孔质量。
一些研究人员采用单脉冲激光来确定材料去除机制和预测孔质量特性。但对多脉冲建模的关注较少，而多脉冲建模能更深入地了解钻削难切削材料时微孔的形成。研究人员特别采用一维（1D）和二维（2D）建模技术对这一过程进行建模，但却无法完全了解钻孔的内壁纹理。需要开发三维热模型来分析孔壁结构和烧蚀机制。
最近，研究人员正致力于采用激光-水钻孔技术，通过改变工作流体（如水）来加工不同的材料。与直接激光钻孔（即空气）相比，这种方法有几个优点，包括提高钻孔效率、降低表面粗糙度和减少热缺陷。然而，这种方法的基本机制仍然未知，尤其是在加工具有挑战性的微加工材料时。这一研究领域需要更多的实验和理论研究。
复合激光微加工技术必须通过融合各种方法在单一加工工具中进行开发，最大限度地减少基于传统工具和非常规微加工工艺的局限性。
使用声发射法可以实现实时监控，这种方法可以记录材料在激光照射下的变化。开发超短脉冲和复合激光微加工过程的原位评估和过程检测对于了解过程的物理原理和提高产品性能至关重要。
论文链接：
Deepu, P., Jagadesh, T. A review on short and ultrashort pulsed laser microdrilling: materials, mechanism, methods, and applications. J Braz. Soc. Mech. Sci. Eng. 46, 408 (2024). https://doi.org/10.1007/s40430-024-04992-x
长三角G60激光联盟陈长军转载
来源：江苏激光联盟
