1 安徽建筑大学工程机械智能制造重点实验室，安徽 合肥 230601
2 安徽春谷3D打印智能装备产业技术研究院，安徽 芜湖 241000
Finally, the limitations of laser processing at present are summarized, and the application and development of laser micromachining technology in the field of medical equipment in the future are prospected. Although laser microprocessing technology can micro-process a new generation of implantable medical devices with extremely fine structure, making the commercial use of the next generation of implantable medical devices feasible, the development of laser micro-processing technology in the biomedical field is not mature enough, the production efficiency is low, and the work stability needs to be improved. For the laser micromachining process, a complete set of theories has not yet been formed to explain the physical nature of the interaction between the laser and material under the extreme conditions of ultra-fast, ultra-short, and ultra-strong, nor can the impact of laser micromachining on the material structure and physical and chemical properties be well evaluated. The next work still needs a lot of basic and regular research. At the same time, according to the characteristics of laser micromachining and the properties of the processed materials, it is also necessary to develop simulation analysis software to simulate the micromachining process and optimize the parameters of the laser micromachining process.
激光微细加工 血管支架 骨支架 生物材料 抗菌性 laser micromachining vascular stent bone stent biological materials antibacterial
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院，安徽 合肥 230601
2 中国科学技术大学工程科学学院，安徽 合肥 230027
3 安徽合力股份有限公司，安徽 合肥 230092
为了降低金属植入物与人体之间的排斥反应以及提高医用植入物材料的生物活性，本研究团队利用不同的表面加工方法对Zr55Cu30Ni5Al10表面进行改性，以制备天然骨的仿生微纳结构；然后将加工后的样品浸泡于模拟体液中，使其表面生成羟基磷灰石(HA)，研究不同加工方法下样品表面的润湿性以及HA沉积特性。结果表明：相较于传统的表面改性方法，纳秒激光结合飞秒激光的加工方法具有更加优异的加工效果，加工表面的水接触角由62°减小到26°，亲水性得到了大幅提升；纳秒激光结合飞秒激光加工的微纳结构不仅为HA的沉积提供了更多空间，而且其上的纳米颗粒有利于Ca2＋与的集聚，加速HA晶核的形成，从而生成均匀、稳定的HA沉积层，提高Zr55Cu30Ni5Al10表面HA的沉积效果。
中国激光
2022, 49(10): 1002604
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院,安徽 合肥 230601
2 工程机械智能制造重点实验室,安徽 合肥 230601
3 中国科学技术大学工程科学学院,安徽 合肥 230027
4 安徽拓宝增材制造科技有限公司,安徽 芜湖 241200
选择低成本的316L不锈钢旧粉进行选区激光熔化（SLM）成形,拟通过工艺参数优化和热处理来提高产品的性能。采用平均粒径为27.6 μm的316L不锈钢旧粉,在不同的工艺参数下制备多组试样,然后进行微观形貌观察和力学性能测试;选取成形性能较优的试样,研究不同冷却方式的热处理工艺对试样力学性能、耐蚀性以及组成相的影响。研究结果表明：激光能量密度为54 J/mm 3时,试样的成形性能（硬度、抗拉强度、延伸率等）最佳,且激光能量密度一定时,成形性能与激光功率、扫描速度密切相关;热处理后,试样表现为硬度和抗拉强度下降,延伸率和耐蚀性增大,奥氏体组织未发生转变,仅晶粒尺寸变大。使用316L不锈钢旧粉进行SLM成形时,选择适宜的成形参数与热处理方法可以使成形件具有优良的力学性能。
激光技术 选区激光熔化 316L不锈钢旧粉 激光能量密度 热处理 性能 激光与光电子学进展
2021, 58(1): 0114006
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学技术大学工程科学学院, 安徽 合肥 230027
3 安徽省工程机械智能制造重点实验室, 安徽 合肥 230601
非晶合金材料具有独特、优异的性能,一直受到科技界的高度关注。随着高端装备制造领域的发展以及关键器件需求的增加,应用激光制造技术进行块体非晶合金构件成形、材料表面非晶强化与微细加工的研究备受关注。本文通过综合国内外文献资料,对非晶合金激光制造技术领域的有关研究状况进行了全面总结,分别介绍了非晶合金激光增材制造、非晶合金激光焊接、激光表面非晶化、激光熔覆非晶涂层和非晶合金激光烧蚀加工等方法与技术,阐述了相关技术的原理、研究现状、应用领域及发展趋势,最后对非晶合金激光制造技术进行了总结与展望。
激光技术 非晶合金 激光制造技术 增材制造 焊接 表面非晶化 熔覆 烧蚀加工
1 南通职业大学机械工程学院, 江苏 南通 226007
2 合肥工业大学仪器科学与光电工程学院, 安徽 合肥 230009
3 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
4 合肥师范学院化学与化学工程学院, 安徽 合肥 230601
双面神亲/疏膜可用于实现水下气泡的单向运输,在学术研究和工业应用中具有重要的意义。利用纳秒脉冲激光打孔,并结合加热改性工艺,在锌箔上下表面制备出锥形微孔阵列。通过控制激光加工参数,研制出双面神锌箔,其上下表面具有不同的粗糙度和微观结构,并开展了水下气泡单向运动特性研究。通过能谱仪(EDS)对双面神锌箔表面的化学成分进行了分析,结果表明,锌箔上表面的润湿性变化主要归因于激光打孔和加热处理中亲水性羟基的吸附和解吸作用。利用高清工业相机观测水下气泡的动态行为,发现气泡可以在0.6 s内从疏气面渗透到亲气面,但在相反方向则会被堵塞。研究结果显示,在一定范围内,脉冲激光能量的增加不仅可以增大锌箔表面的微孔尺寸并改善锌箔表面疏水性,还可以显著提高气泡的运输速率,气泡在双面神锌箔中的运输特性主要归因于表面微纳结构和化学成分的共同作用。研究结论可为超高速气泡捕捉、输送、收集和气液分离等领域的先进材料设计提供参考。
材料 纳秒激光 超疏水 微纳结构 气泡运输 中国激光
2020, 47(10): 1003003
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 中国科学技术大学微纳米工程实验室, 安徽 合肥 230022
3 安徽省工程机械智能制造重点实验室, 安徽 合肥 230601
利用飞秒激光扫描医用锆基块体非晶合金表面制备直线结构,通过扫描电镜观察分析试样表面微观形貌变化,使用接触角测量仪测量加工前后及放置3个月后试样的接触角,并同时使用X射线光电子能谱仪对表面化学成分进行测量分析,最后利用电化学工作站测试其耐腐蚀性。从测试结果可以看出:加工前的锆基块体非晶合金表面表现出一定的亲水性,通过飞秒激光处理后,变为超亲水;在室内用密封袋封装3个月后,飞秒激光加工后的表面的接触角显著增大;测量加工前后样品腐蚀时的开路电压分别为-0.96 V、-0.93 V。经飞秒加工后的非晶合金开路电压更高,与未加工样品相比耐腐蚀性更强。实验结果表明:经飞秒激光表面处理后的非晶合金具有更好的亲水性和耐腐蚀性,增强了作为医用植入体在人体内的适用性。
激光光学 锆基块体非晶合金 飞秒激光加工 表面形貌 化学成分 亲水性 耐腐蚀性 激光与光电子学进展
2020, 57(11): 111409
1 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230601
2 安徽春谷3D打印智能装备产业技术研究院, 安徽 芜湖 241000
激光增材制造技术主要分为选区激光熔化和激光直接沉积,其能够满足个性化需求,制造复杂构件时具有无可比拟的优势。简要介绍了激光增材制造技术的原理与方法,通过对国内外有关文献进行调研与分析,阐述了目前激光增材制造构件的残余应力、裂纹、球化和孔隙等内在缺陷所对应的处理方法和工艺,并提出了解决激光增材制造产品缺陷的方法。
激光加工 激光增材制造 复杂构件 内在缺陷 处理技术 激光与光电子学进展
2019, 56(10): 100004
1 安徽建筑大学 机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230022
2 江南大学 机械工程学院, 江苏 无锡 214122
为解决工程陶瓷在激光加工中的表面质量问题提出了溶液辅助激光加工方法, 首先在综合国内外有关研究的基础上, 分析了激光穿越水层的能量传输、激光作用水下固体物质的热传导和静水及水射流辅助激光加工的作用机理; 搭建了旁轴射流与超声振动辅助激光复合加工系统, 开展了不同加工条件下氮化硅陶瓷刻槽对比试验。借助扫描电子显微镜检测分析激光刻蚀槽体形貌, 运用激光共聚焦显微镜观测了槽体截面轮廓。研究表明, 水射流辅助激光加工氮化硅陶瓷, 因激光穿越水层、水的对流冷却等作用减少了激光烧蚀材料的有效能量, 刻蚀深度有所降低; 同时由于水层的存在改变了加工区域能量分布, 使得槽口变宽。当激光电流200 A、频率50 Hz、脉宽0.6 ms时刻槽深度相对减小30％, 宽度增大21%。水与氮化硅在激光作用下的会发生水解等效应, 且水蒸汽、材料蒸汽、熔融粒子、气泡等沿水流动方向被带走, 有利于表面质量的提高, 综合效果良好。
水射流辅助激光加工 表面质量 试验研究 氮化硅 water jet assisted laser processing surface quality experimental research Si3N4 光学 精密工程
2018, 26(11): 2723
1 安徽建筑大学材料与化学工程学院, 安徽 合肥 230022
2 安徽建筑大学机械与电气工程学院, 安徽 合肥 230022
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。
激光超声复合加工 振动辅助 表面质量 刻蚀深度 laser-ultrasonic combined machining vibration assistance surface quality etching depth
安徽建筑工业学院 激光先进制造技术中心,安徽 合肥 230022
利用激光烧蚀与化学腐蚀复合加工方法对试样进行实验加工,来研究激光脉冲能量、脉冲宽度、重复频率和激光束扫描速度等参数对金属试样加工表面形貌的影响规律和机理,并研究了腐蚀介质种类和其浓度对加工表面质量的影响。结果表明,化学腐蚀可以大大减少试样加工表面的熔渣,对降低表面粗糙度起到良好的作用;激光能量密度、脉冲宽度、重复频率和激光束扫描速度等参数对金属试样加工表面质量有重要的影响。
激光技术 激光加工 化学腐蚀 复合加工 表面质量
