激光熔覆得到的熔覆层面积与工艺参数存在一定的耦合关系, 且熔覆层中气孔缺陷的产生随工艺参数的改变而有所差异。基于试验及神经网络, 以单道单层熔覆层为研究对象, 建立了以加工工艺参数对熔覆层面积和熔覆层气孔率进行预测的基于BP神经网络的预测模型。依据输入量与输出量特点设计了神经网络结构, 通过激光熔覆试验采集熔覆层面积值与气孔率样本, 利用训练集训练BP神经网络, 建立输入量与输出量之间的映射关系, 并用测试集对训练好的预测模型进行检验。测试结果表明, 基于BP神经网络的预测模型对熔覆层面积的预测精度较高, 气孔率预测模型得出的预测趋势对于气孔率的预测具有一定参考价值。验证了这两个预测模型在理论和实践上的具有一定的可行性与有效性。

为了避免激光熔覆时熔覆层边界处产生过烧和塌陷等缺陷, 基于热传导理论分析了基体不同位置的散热差异, 采用数值计算方法分析扫描路径对温度场的影响, 在激光功率1000W、扫描速率5mm/s、送粉量9.15g/min、扫描间距1.5mm、基体尺寸40mm×30mm×7mm时, 同向熔覆和异侧熔覆比反向熔覆和同侧熔覆边界熔池温度分别降低约300℃和500℃, 预测了反向熔覆和同侧熔覆的过烧和塌陷区域并进行了实验验证。结果表明, 扫描路径对边界过烧和塌陷的影响很大, 同向熔覆和异侧熔覆可以在保证高加工效率、材料利用率以及合理工艺参量的同时提高边界熔覆质量; 异侧熔覆可以更好地平衡热量累积与散热间的关系, 使熔覆层边界晶粒细密、内部组织分布均匀、性能更加优良。此项研究对提高激光熔覆层质量是有帮助的。

为了探究倾斜基体激光熔覆中基体表面能量的分布规律, 利用米氏散射理论法建立了倾斜基体表面上的激光功率密度分布的数学模型, 以及激光功率密度峰值和峰值偏移量的数学模型。结果表明, 随着倾斜角度的增加, 激光功率密度会逐渐减小, 并且减小幅度逐渐增大; 激光功率密度峰值会发生偏移, 偏移量也随着倾斜角度的增加而增加, 且幅度逐渐增大。用试验对模拟结果进行验证, 获得的规律是一致的。

为了探究z轴单层行程Δz与单层熔覆层高度的匹配对激光熔覆成形的影响,采用了在不同的z轴单层行程Δz的情况下进行激光熔覆成形试验的方法,通过理论分析和实验验证,得到了不同z轴单层行程Δz与单层熔覆层高度以及离焦量的关系曲线.结果表明,z轴单层行程Δz存在一个以第2层熔覆层高度为基准的最佳的取值范围,在此范围内,熔覆过程能够通过自身存在的反馈调节达到z轴单层行程Δz与单层熔覆层高度相等的稳定成形状态.该研究给出z轴单层行程Δz选取时的推荐值为0.5d2≤Δz≤0.6d2.

为了实现光刻胶表面形貌的广域、高精度测量，对新一代测量理论及测量方法进行了研究。首先分析了被测物件的特性，根据其柔软、透明的特征提出应用光干涉法和机械探针相结合的方法进行测量，同时阐明了使用此方法进行表面形貌测量的优点，并据此原理搭建了光学多探针表面形貌测量装置，光学测量部分采用白光干涉计，探针部分采用拥有8只球型探头的多点悬臂测量探针。然后应用此装置对标准刻槽试件和半透明光造型薄膜试件进行了测量。测量52 nm的标准刻槽试件时得到了测量误差小于2%，标准偏差小于1 nm的结果，表明本装置可以达到高精度测量表面形貌的目的。通过测量高约400 nm的树脂材料证实了此装置可以克服多重反射的影响测量透明薄膜的表面形貌。

激光清洗在再制造行业、微机电系统(MEMS)和超精密加工行业具有重要的应用前景。采用低频YAG脉冲激光器对FV520B基体的表面漆层进行激光除漆实验和机理研究。实验结果表明，激光除漆机制因实验条件的改变而不同。当吹氩气时，激光除漆机制主要是烧蚀效应；当采用约束层水时，激光除漆机制主要是烧蚀效应和振动效应，而且约束层水不但能提高表面漆层的去除率还能极大地提高基体的临界损伤阈值。同时实验验证了理论计算得到的搭接率的除漆效果，即在激光扫描速度为249 mm/min、扫描道间的搭接量为0.6 mm时，实现了整个漆层的完全去除，激光除漆效率达15.5 mm2/s。