【云展览 微科普】5、超快激光精密加工装备
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走进中国科学院创新成果展
（五）超快激光精密加工装备
高精尖的制造业发展水平
是人类永恒的追求
精密制造加工工艺
为我们的生产生活
提供可靠保障
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系列专题本期为您解读
超快激光精密加工的故事
超快激光精密加工装备短视频
近年来，随着人们对于先进制造技术的迫切需求，激光加工得到了广泛应用。超快激光因其超短的脉冲宽度和超高的瞬时功率等特点,在材料加工中热影响区小，能够实现更好效果的"冷"加工而备受关注。超快激光精密加工装备也成为了各领域超精密微孔加工的最佳选择，被广泛应用于航空、航天、汽车、电子、医疗等领域。
01
什么是超快激光？
超快激光是指脉宽在皮秒（ps）、飞秒（fs）量级的激光，具有单脉冲能量超强、与材料作用时间超短的特点！
单脉冲能量超强是指超快激光在实验室条件下可获得1015W的峰值功率，而全世界电网平均功率只不过1012W数量级！与材料作用时间超短是以飞秒激光为例，1飞秒等于一千万亿分之一秒，光在1秒可绕地球七圈半，而1飞秒，光只能走过头发丝直径的二百分之一。正是因为这两个特点，超快激光加工技术成为各领域超精密加工的最佳选择！
02
超快激光加工技术及其优势
超快激光加工技术是利用超快激光与材料作用机理发展的一种新型制造技术，是一项集光、机、电、控为一体的系统工程，同时与多个学科交叉，是新世纪科技发展的前沿领域之一。该技术是通过超快激光在极短的时间和极小空间内与物质相互作用，作用区域的温度在瞬间内急剧上升，并以等离子体向外喷发的形式去除，避免了热融化的存在，大大减弱和消除了传统加工中热效应带来的诸多负面影响。与传统加工技术相比，超快激光加工技术因具有对材料无选择性、超高的加工精度以及无热效应等突出优点，在加工过程中不会产生重铸层、微裂纹、毛刺等情况，加工精细度高、表面光洁度好，在新材料加工领域方面具有明显的优势。
（a）超快激光加工；（b）长脉冲激光加工
03
超精密微孔加工装备
中国科学院西安光学精密机械研究所在30多年的技术积累和沉淀的基础上，研制出了飞秒激光器（平均功率26W，脉冲宽度800fs，最大单脉冲能量130μJ），为超快激光精密加工装备提供了核心专用光源，采用三维可编程复合光束扫描技术（扫描精度±2μm，转速6000RPM）、复杂型面高精度高效率智能化自适应定位技术（扫描精度±5μm，定位时间＜30s）、小空腔结构（≥0.5mm）非接触束流加工对壁无损伤技术等关键技术，研制出具有完全自主知识产权的超快激光精密加工设备（最大深径比20:1，可加工簸箕孔、燕尾孔等异型孔），突破了专用激光光源、关键工艺技术、核心加工装备等多项卡脖子难题，填补国内空白，打破国外垄断，达到国际先进水平。
超快激光超精密微孔加工装备
随着超快激光加工技术的不断发展和升级，超快激光精密加工装备也在不断更新迭代，并在航空、航天、汽车、电子等领域实现了广泛的应用，为各领域的超精细加工提供了“支点型”的技术手段。例如解决了困扰航空发动机多年的高精度低损伤“卡脖子”难题，为国产大飞机换上“中国心”打下坚实的基础；解决了航天动力系统高精度制孔、超精密刻蚀、超精细切割的瓶颈难题，促进我国航天系统转型升级；解决了汽车喷油嘴、电子柔性电路板、硬脆材料等高精度、低损伤加工难题，加快超快激光加工技术向民用领域的推广应用。
航空发动机叶片(最小孔径50μm)
航天推进器流量控制板（50±2μm微孔）
汽车领域喷油嘴加工
(孔径精度±5μm，锥度-6°)
电子领域硬脆材料高效切割
（孔型一致±3μm，加工效率800孔/s）
目前，超快激光技术已日趋成熟，能解决许多常规方法难以达到的高、精、尖、硬、难等加工问题。且超快激光精密加工装备将朝着自动化、数字化、智能化的方向发展，可产生显著的经济和社会效益。
特别感谢
中国科学院西安光学精密机械研究所
李珊工程师
高静高级工程师
提供以上内容
鸣谢
中国科学院科技促进发展局
中国科学院西安光学精密机械研究所
文章来源：“院史天地”公众号
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