Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic and Optical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
2 Institute of Applied Electronics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 430079, China
3 Graduate School of China Academy of Engineering Physics, Beijing 100193, China
A high-power CW Yb:YAG slab laser amplifier with no adaptive optics correction has been experimentally established. At room temperature, the amplifier emits a power of 22 kW with an average beam quality (β) of less than 3 in 0.5 min. To our knowledge, this is the brightest slab laser without closed-loop adaptive optics demonstrated to date. In addition, an extracted power of 17 kW with an optical extraction efficiency of 33%, corresponding to a residual optical path difference of less than 0.5 µm, is achieved with the single Yb:YAG slab gain module. The slab gain module has the potential to be scalable to higher powers while maintaining good beam quality. This makes a high-power solid-state laser system simpler and more robust.
laser amplifier Yb:YAG slab laser surface quality pumping uniformity Chinese Optics Letters
2024, 22(3): 031402
1 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510641
2 广东省科学院新材料研究所，广东 广州 510075
3 广州城市理工学院机械工程学院，广东 广州 510800
4 澳门城市大学创新设计学院，澳门 999078
5 深圳市金石三维打印科技有限公司，广东 深圳 518107
为了实现激光选区熔化（SLM）无支撑低角度成形，进而提高样件的成形效率和降低打印成本，笔者提出了一种基于加工层角度自适应下表面工艺区域的划分方法，并对该方法成形的样件的表面质量以及该方法的适用性进行了探究。结果表明：过高或者过低的能量密度都会对悬垂区域的多层成形产生负面影响，采用适熔工艺成形悬垂结构能在保证低孔隙率的同时实现多层打印。将悬垂结构进行上、下、内表面区域划分，基于向下比较层数T进行区域面积调控能够显著影响悬垂样件的可制造性和结构完整性，应用下表面工艺区域的面积越大，悬垂样件的成形性越好。对上下表面的成形机理进行了深入分析，结果显示，下表面的成形质量主要受粘粉以及熔池下陷引起的凸起的影响，而上表面除了受粘粉影响外，还主要受阶梯效应和轮廓边界熔道间隙的影响。最终，成形了不同尺寸的测试样件以及最低角度为15°的叶轮零件，证明了所提低角度成形方法的可行性。
激光技术 激光选区熔化 无支撑打印 低角度 成形机理 表面质量
1 陕西理工大学机械工程学院，陕西 汉中 723001
2 陕西省工业自动化重点实验室，陕西 汉中 723001
为进一步提高再制造合金层表面质量，提升其综合力学性能，通过数值模拟与试验相结合的方式，研究激光重熔路径对熔覆层残余应力及表面质量的影响机理。首先，基于Simufact Welding软件平台分别建立了激光熔覆及三种不同扫描路径下的重熔模型，仿真研究重熔过程温度场及应力场变化规律。然后，进行了激光重熔工艺试验，通过X射线残余应力检测仪、基恩士超景深显微镜对再制造合金层的残余应力及表面形貌进行检测分析。仿真结果表明，重熔过程中工件表面各点的温度梯度比熔覆过程有明显的降低，重熔前工件最大残余应力为269.59 MPa，经激光重熔后，工件的残余应力得到明显的降低，且L1型重熔路径下工件的残余应力值最小，仅为重熔前应力值的1/2左右。残余应力试验结果与仿真计算数值偏差在10%以内，证明了仿真计算的准确性。通过对合金层的表面形貌进行三维提取发现，激光重熔能有效降低熔覆层表面粗糙度。
激光技术 激光重熔 扫描路径 数值模拟 残余应力 表面质量 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0714010
1 中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江 宁波 315201
2 宁波大学机械工程与力学学院，浙江 宁波 315211
3 浙江省航空发动机极端制造技术研究重点实验室，浙江 宁波 315201
针对Ti?6Al?4V钛合金深窄槽等结构的高效、精密、绿色加工难题，本团队利用同步纳秒激光辅助电解钛合金加工方法，综合利用激光加工效率高、局部温升、可直接去除表面钝化层以及电解加工表面质量好等优势，实现了钛合金材料的高效定域去除。研究了关键工艺参数（电解电压、激光功率、进给速度）对钛合金深窄槽加工精度和槽底面粗糙度的影响规律，验证了采用常温钝性盐溶液和较低的电解电压实现钛合金高效精密加工的可行性。研究结果表明：在电解电压为20 V、激光功率为3~5 W、进给速度为1.8 mm/min的参数下，可以实现钛合金的高效率、低表面粗糙度加工。本文提出了激光功率梯度变化（5 W→3 W）的钛合金三维结构高精密加工方法，并采用该方法在Ti?6Al?4V钛合金工件上实现了矩形台和深窄槽三维结构的加工。
激光技术 激光辅助电解加工 钛合金 深窄槽 表面质量 加工精度
1 华南理工大学机械与汽车工程学院，广东 广州 510640
2 中广核研究院有限公司科技管理部，广东 深圳 518000
3 中广核研究院有限公司反应堆放废与放化研究所，广东 深圳 518000
针对激光定向能量沉积（LDED）成形零件尺寸精度低、表面粗糙度大的问题，采用机器人增减材复合制造平台，研究了不同工艺策略（先增材后减材成形及增减材交替成形）对增减材成形316L不锈钢试样表面质量和力学性能的影响，阐明了增减材交替工艺策略的层间作用对成形试样表面质量和力学性能的影响机理。对增材和减材工艺参数进行优化，确定优化后的参数为激光扫描间距2.5 mm、刀具主轴转速3600 r/min、刀具进给速度3 mm/s、铣削深度0.3 mm和铣削宽度3 mm，并采用该优化参数在不同工艺策略下成形了316L不锈钢试样。结果显示：先增材后减材和增减材交替成形试样的力学性能相当，增减材交替工艺策略可以实现内部结构复杂的316L不锈钢零件的成形，对零件成形性能没有消极影响。最后采用增减材交替工艺策略进行了阀门模具的制造，验证了增减材复合制造工艺的工业应用可行性。
激光技术 增减材复合制造 激光增材制造 机器人定向能量沉积 铣削减材 表面质量 阀门模具
1 江苏大学机械工程学院，江苏 镇江 212013
2 中瑞智创三维科技股份有限公司，江苏 苏州 215000
采用选区激光熔化技术制备了VNbMoTaW难熔高熵合金，研究了激光工艺参数对VNbMoTaW难熔高熵合金试样的表面成形质量、微观组织和力学性能的影响。结果表明，当采用较高的功率和较低的扫描速度时，可有效改善VNbMoTaW试样表面质量，其中孔隙和裂纹是选区激光熔化技术制备VNbMoTaW难熔高熵合金的主要缺陷。VNbMoTaW难熔高熵合金组织主要由柱状晶和胞状晶组成，底部和中心大多为柱状晶，而熔池的两侧及顶部主要为胞状晶。VNbMoTaW的最高极限抗压强度可达2154 MPa，相比电弧熔炼方式制备的合金强度提高了69.6%。
激光技术 选区激光熔化 VNbMoTaW难熔高熵合金 表面质量 内部缺陷 力学性能 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514001
红外与激光工程
2023, 52(2): 20220155
探究间隔重熔工艺对三维打印Ti-6Al-4V（TC4）样件成形质量的影响。在大层厚（150 μm）成形提高样件成形效率的基础上，采取 “表面重熔+内部间隔重熔”的优化工艺方式，以达到改善大层厚成形样件内部缺陷的目的。试验结果表明：与未重熔的样件相比，间隔重熔、逐层重熔样件对于表面质量改善效果显著，且二者差异较小。进行间隔一层重熔的样件，抗拉强度增加97.84 MPa，屈服强度增加了45.96 MPa，延伸率增加0.9 %。从断口形貌看，间隔一层重熔样件除了孔洞数量略多于逐层重熔样件外，断裂特征均为河流状解理断裂及韧窝断裂，二者力学性能改善效果差异较小。研究同时发现：样件的显微组织与激光间隔重熔工艺方式有关，间隔一层重熔样件显微组织均匀致密，显微硬度最佳，达到442.1 HV0.3。
激光技术 选区激光熔化 Ti-6Al-4V 激光重熔 表面质量 力学性能 成形效率 激光与光电子学进展
2023, 60(5): 0514009
华中光电技术研究所-武汉光电国家研究中心, 湖北 武汉 430223
在超声振动打孔时, 微晶玻璃最大切深决定了孔壁表面质量。基于脆性断裂材料去除机理, 建立了简单实用的超声打孔材料去除率理论关系式, 得出影响表面质量的主要工艺参数为:金刚石粒径、刀具转速和进给速度。通过正交实验方法, 得到了微晶玻璃超声打孔的最佳工艺参数, 金刚石粒径650#、刀具转速12 000 rpm和进给速度5 mm/min。通过工艺参数优化后, 微晶玻璃打孔质量得到明显提升, 孔壁经过化学抛光处理后, 表面粗糙度Ra达到0.055 1 μm, 能有效提升激光陀螺腔体的真空特性和激光陀螺的性能。
超声振动 微晶玻璃 最大切深 表面粗糙度 表面质量 ultrasonic vibration ceramic glass max depth of the scratch surface roughness surface quality
