一次性整体成型或传统的加工方式已不能满足聚对苯撑苯并双噁唑(PBO)纤维增强复合材料精密加工和装配的要求。首先分别采用波长为355 nm的紫外皮秒激光和波长为1030 nm的红外皮秒激光对PBO纤维增强复合材料进行切割加工,加工过程中采用渐进式焦点下移和多道扫描策略;然后采用扫描电子显微镜观察了复合材料的切割截面形貌,分析了材料的物理去除机制和加工热损伤;最后研究了激光功率、扫描速度和方向、脉冲重复频率等激光参数与切割质量、切割效率之间的关系。实验结果表明:紫外皮秒激光可以实现“冷加工”和光化学效应,得到了较高的切割质量;激光焦点随加工进程下移可以有效提高加工质量并改善材料切割表面的一致性。研究结果表明,采用8 W、400 kHz、1000 mm/s的激光参数可以进行高质、高效的材料加工。

激光加工纤维增强复合材料的常见方法是切割、钻孔和表面处理等,本文综述了激光加工纤维增强复合材料的国内外研究进展,重点聚焦碳纤维增强复合材料的激光加工方法,阐述了激光加工纤维增强复合材料的特点和物理去除机制,总结了激光工艺参数对加工质量和加工效率的影响规律,最后展望了激光加工纤维复合材料的发展与挑战。

针对传统气压砂轮存在磨粒容易脱落，加工效率低等问题，提出了制备渐进式黏磨层气压砂轮的方法。该方法基于分层渐进抛光的思想，在砂轮头表面涂覆多层不同厚度和目数的黏磨层。利用磨粒脱落量及表面加工质量实验确定不同黏磨层光整加工所需时间及厚度， 制备了渐进式黏磨层气压砂轮， 研究了砂轮头的几何精度和加工工件的表面质量。结果表明: 渐进式黏磨层气压砂轮不同黏磨层磨粒目数分别为180#、120#、80#，其厚度分别为2 mm、0.21 mm、0.3mm，各层厚度均符合设计要求，误差在5%以内。在加工过程中，外层黏磨层能在理想时间逐层有效脱落。当下压量为2 mm、磨削转速为1 250 r/min时，渐进式黏磨层气压砂轮能够完成初期光整加工且效率提高19%以上。实验显示: 提出的方法大幅提高了激光强化表面光整加工效率和自动化程度。

对多零件选区激光熔化的成型效率进行了优化。首先，分析了多零件选区激光熔化成型过程的时间消耗，并以减少时间消耗为目标建立了3维零件在3维成型空间中的2.5维排料优化规则。然后，研究了2.5维自动排料，提出利用3维零件模型在2维平面区域的投影将2.5维排料转化为2维排料的简化方法和一种利用切片数据进行投影生成的算法。最后，为验证所述方法的有效性，以手术模板模型为例，在虚拟选区激光熔化系统VDemetal280上进行了优化实验。与优化前相比，优化后的成型次数从4次降为3次，在扫描速度为600 mm/s、切片层厚为0.035 mm、扫描间距为0.08 mm的工艺参数下，总铺粉次数从3 892次降为2 231次，预计加工时间从约91 276 s降为69 918 s，时间消耗有明显减少。