碳纤维复合材料由碳纤维和树脂基体两种材料复合而成, 因为两者的热性能参数差距较大, 直接在空气中进行激光加工碳纤维复合材料会出现如较大的热影响区、纤维膨胀、纤维拔出和切面材料分层等损伤问题, 所以在激光加工碳纤维复合材料中, 对其热损伤的控制成为关键问题。本文对激光复合加工碳纤维复合材料的国内外研究现状进行综述, 重点聚焦在气体辅助和水辅助下两种激光加工方法的优缺点, 最后对两种情况下的激光加工质量进行分析并总结规律。气体辅助下, 不同的气体类型、不同的气压, 光气同轴或旁轴辅助会带来不同的加工影响; 水辅助有水射流、水层和水导加工三种形式。本文通过总结气/液辅助激光加工碳纤维复合材料的机理, 以平衡碳纤维和基体吸收激光能量差异性为目标, 为碳纤维复合材料激光低损伤加工提供参考。

为了改善增减材复合加工零件的残余应力和扭曲变形,提高零件的加工精度和表面质量,开发了一种基于Simufact Welding有限元软件的仿真方法。利用Simufact Welding软件,模拟了激光增材过程中,激光功率、扫描速度和光斑直径对整个零件残余应力分布的影响。利用X射线应力测定仪,测定了增减材复合加工零件内外表面残余应力的分布情况。利用MATLAB拟合了试验数据,绘制了残余应力三维等高线图,发现了其分布规律。该规律一定程度上反映了增减材复合加工零件变形的根本原因。使用相同的工艺参数,残余应力仿真结果与试验测得的残余应力吻合良好,误差小于10%。

从激光增材制造材料、工艺、装备、应用等方面分析了激光增材制造技术当前的研究热点以及相关的研究进展, 梳理了未来主要发展方向。材料和成型工艺方面的相关研究主要集中于轻质合金和高价值合金增材制造；从成型装备来看, 设备大型化、高速化、复合加工是未来的主要发展方向；而应用方面则主要面向高性能、高价值零部件的增材制造与生物植入体。总的来看, 高质量、高性能、高效率是未来激光增材制造研究的着重点。

脉冲激光电化学复合沉积利用激光的热力冲击效应可以有效提高沉积效率，改善加工质量。在所构建的纳秒脉冲激光电化学沉积加工系统中，利用激光辐照和电化学沉积的方法对铜进行了复合沉积试验。分析了激光的热力冲击效应对电沉积的作用机理，激光产生的力效应使阴极基片发生弹性变形，改变了电极电势和电流密度，提高了电沉积质量。通过加工试验，研究了激光平均功率密度对沉积质量和沉积效率的影响，并进行了讨论。试验结果表明，激光平均功率密度介于100~400 kW/cm²时可以获得较好的沉积层质量。激光平均功率密度在200 kW/cm²左右，沉积速率取得最大值。

针对Al2O3陶瓷激光打孔存在孔锥度和相对孔径误差较大等问题, 提出了Al2O3陶瓷低压水射流激光复合打孔的方法。通过对比分析, 研究了水射流流速对Al2O3陶瓷直接激光打孔和低压水射流复合打孔质量的影响规律。研究结果表明, 该复合打孔技术利用水射流的冲击和冷却作用, 可以大大减小孔的锥度以及相对孔径误差, 也可以减少材料表面和内壁熔渣的堆积, 从而改善和提高Al2O3陶瓷打孔的质量。

提出并研究了水环境下激光超声复合加工方法, 利用该方法对氮化硅陶瓷进行刻蚀加工, 加工时对试样施以高频振动。通过实验对比分析激光能量、脉冲宽度、重复频率和超声振动功率等工艺参数对Si3N4在超声振动辅助与无振动辅助情况下激光刻蚀后的深度及表面质量的影响。研究结果表明, 在一定工艺参数范围内, 超声振动的加入可明显增加激光超声复合刻蚀的深度, 提高光洁度及表面质量。

利用低压水射流辅助激光加工的方法对多晶硅进行试验加工,测量了无水情况下以及不同射流速率下的盲孔体积,对比研究了不同射流速率下能量损失率的变化规律,并分析了变化的原因。研究表明,射流速率对激光烧蚀的能量损失率有一定影响;当速率增加到一定程度时,射流的冲蚀作用去除了熔渣以及重铸层,从而使激光与材料充分接触,提高了激光能量的有效利用,增加了盲孔烧蚀量。

为了测量脉冲激光击穿电解液下产生的声压信号, 探讨冲击空化效应对激光电化学复合加工的作用和影响, 建立了激光电化学复合加工检测系统。采用水听器采集脉冲激光聚焦电解液下产生的声压信号, 使用示波器对声压信号进行存储、XVIEWER软件对声压波形分析和计算, 最后对激光电化学复合加工的区域进行拍照, 并分析冲击空化效应对激光电化学复合加工后的形貌特性和表面质量的作用和影响。结果表明, 脉冲激光聚焦电解液下, 产生冲击空化效应, 向外辐射3个不同声压信号;随着激光能量的增加, 激光冲击空化的3个声压变大, 空泡的半径和泡能均增加;在激光电化学复合加工中, 激光能量增加, 产生的等离子冲击波和射流力越大, 工件去除的量越多;空泡脉动促进电解液的流动, 对加工区域的微观形貌和表面质量起重要作用。这一结果对复合加工的过程和形貌是有帮助的。

针对Al2O3陶瓷激光打孔存在重铸层、微裂纹等问题，提出了Al2O3陶瓷低压水射流激光复合打孔的方法。通过对比分析，研究了水射流流速对Al2O3陶瓷直接激光打孔与低压水射流激光复合打孔形貌的影响规律。研究结果表明，该复合打孔技术利用射流速的冲蚀作用，可以大大减少材料表面熔渣的堆积，从而减少甚至避免重铸层和微裂纹的产生。

根据五轴车铣复合加工中心的结构及其运动链构型特点, 设计了综合误差检测方案。检测包括车主轴床身至铣主轴运动链的空间误差检测以及车主轴的热误差检测两部分。由于检测方案使刀具-工件之间构成了完整的运动链, 解决了单纯的空间误差检测方法未考虑车主轴运动链误差影响的问题。文中同时提出了车铣复合加工中心综合误差补偿策略以及运用神经网络算法的几何误差和热误差综合补偿模型。采用分步体对角空间误差检测后, 实施了空间误差补偿。补偿后四条体对角线的空间误差都明显减小, 减小幅度从15.24 μm到50.83 μm, 误差补偿效果从39.10%提高到78.06%。本文提出的方法极大地改善了空间误差补偿精度。