一、激光微槽加工技术的崛起
激光微槽加工作为一项先进的制造技术,正逐渐在多个领域崭露头角。它凭借独特的优势,为复杂曲面微槽加工提供了有效手段,解决了传统机械刀具加工的难题。
在传统机械刀具加工方式无法或者很难实现微槽加工的情况下,激光成为了加工微槽的一个有效手段。与常规尺度的管道或槽道相比,微槽道具有尺寸小的特点,可应用于航空航天、汽车空调、医疗器械和化学生物工程等领域。然而,在复杂曲面上加工微槽也面临着一系列的工程和工艺难题。
二、激光微槽加工的优势

(一)飞秒激光的独特性
1. 飞秒激光加工具有空间分辨率高、热影响区小、非接触制造等特点,可以烧蚀几乎任何材料,在材料表面形成微结构。
飞秒激光凭借其极高的峰值强度和超短的脉冲宽度,成为现代极端和超精密制造的必要工具。其加工过程具有非热熔性,能在极短时间内使材料汽化,边缘清晰、形状规则圆滑,加工精度高。同时,飞秒激光对各种材料作用以非线性吸收为主,加工材料广泛,包括金属、陶瓷、高硬度材料和半导体材料等。
飞秒激光加工具有准确的材料烧蚀阈值,能完成精密加工。其与材料相互作用时,材料的损伤区域可突破激光的衍射极限实现小于光斑尺寸的微加工,控制激光能量可实现光斑中心区域的蚀除而不对周围材料造成破坏,且相同激光参数试验可重复多次不改变加工结果表面质量。
1. 飞秒激光诱导的超疏水和水下超高温微槽能实现气体在微观水平上的自传输,可用于单向气体通道和水 / 气分离等功能。
飞秒激光加工具有空间分辨率高、热影响区小、非接触制造等特点,在材料表面形成超疏水微结构。例如在聚四氟乙烯(PTFE)基底上制备分级微 / 纳米结构,使 PTFE 表面具有超疏水性和水下超亲水性。当具有超疏水微槽的 PTFE 表面浸入水中时,在基板和水介质之间产生空心微通道,水下气体可以流过这个通道。
通过飞秒激光直写在 PDMS 材料表面形成微槽结构,槽内壁覆盖着激光诱导的微纳复合结构,具有优异的超疏水性。在液体环境中,超疏水微沟槽与水环境之间形成中空微通道,允许气体在气流控结构上自由流通,实现自驱动水下 “气流控”。
三、应用领域广泛

(一)多个行业的应用
1. 在航空航天领域,可用于制造结构功能一体化部件和热端部件等。
激光加工工艺在航空航天领域的应用广泛,包括切割、焊接、表面处理、打孔、打标、划线、微调等各种加工工艺。例如,激光切割技术可用于航空航天特殊材料的加工,形成固定形状的切缝;激光焊接技术能焊接多种金属,用于航空发动机配件的 焊接;激光打孔技术可在航空发动机燃油附件精密件中加工各种类型的孔。
2. 在汽车空调领域,微槽道制成的换热器结构紧凑,换热效率高。
激光加工技术在汽车行业有广泛应用。激光加工是用激光作为热源,对材料进行加工,其过程包括材料吸收光能、光能转变为热能使材料加热、通过气化或熔融溅出使材料去除或破坏。
激光加工技术提升了汽车制造业整体的制造水平,可用于汽车的冲孔和模板修边、三维激光切割等。在汽车焊接方面,激光拼焊、激光点焊、激光填丝钎复合焊等多种焊接形式广泛应用于汽车制造中。
汽车传动零部件、座椅框架等金属部件可采用光纤激光器焊接。在汽车内饰的织物切割方面,CO₂激光器更具优势,可用于修剪覆盖着织物的仪表盘和内部支柱上的多余材料,以及切割安全气囊织物等。此外,CO₂激光还可用于汽车制造中塑料零件的切割和修整。
3. 在医疗器械和化学生物工程等领域也有广泛应用。
激光微细加工技术在医疗器材领域有独特优势,与传统加工技术相比,在生物材料表面加工方面可提高材料的生物相容性。激光加工可用于血管支架、骨支架的制造和表面改性,以及生物材料的表面处理和抗菌治疗。
激光在医疗器械制造中有四大用途,包括激光打标、焊接、切割和微加工。不同类型的激光器适用于不同的医疗器械制造工艺。激光微制造在医疗器械领域的应用包括激光烧蚀、激光切割、激光焊接和激光钻孔等。激光烧蚀可用于去除电缆涂层、制造微型手术器械等;激光切割可用于制造支架、心脏瓣膜等;激光焊接可用于修复损坏的仪器、连接线缆等;激光钻孔可用于钻输液导管孔和栓塞保护过滤器等。
激光微槽加工技术在不断发展和创新中,随着各行业对精密制造的需求增加,其应用领域将进一步拓展,有望在更多领域发挥重要作用。本公司有一支激光技术博士的专业激光加工团队,支持来图定制,支持高校企业科研研发。