激光束微加工是微加工应用的一种重要方法。但它存在一些缺点，如热应力、尺寸不受控制、毛刺和飞溅。研究人员不断寻求复合加工工艺，以提高产品质量特性。在过去的十年中，研究人员研究了基于激光复合的工艺机制，并确定了不同的策略从各方面提高其性能。

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激光加工

激光束加工是一种热工艺、它使用聚焦光束能量进行微纳加工应用。在这个过程中，当基板吸收热能时，强烈的激光束辐射会发生材料烧蚀。当聚焦光束产生的能量量大于材料阈值时，它会将材料转化为熔融、汽化和化学降解状态。烧蚀导致材料去除，导致微米或亚微米级的几何形状和表面改性。激光与材料相互作用如图1所示。

图1 脉冲激光与材料相互作用的机理。

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基于激光复合的微加工工艺

本节中介绍了在外部能源的帮助下进行激光加工的研究。振动、外部磁场、电场以及气体和水等流体形式的能量都有助于激光微加工提高制造零件的质量和特性。

2.1振动辅助激光微加工

在激光加工中，沉积和凝固的材料层是不可取的，它阻止了激光束与新材料之间的相互作用，并限制了长宽比和表面质量。需要通过化学蚀刻或抛光来减少再沉积。振动辅助加工表现出更好的加工表面，它需要通过超声波振动为工件提供辅助，并提高再沉积和加工效率。原理图如图2所示。

图2.振动辅助原理示意图。

2.2磁场辅助激光微加工

为了改进激光束加工，研究人员正在磁场辅助激光加工领域寻找机会。由永磁体产生外部磁场，并应用于提高激光束加工工艺的效率。外部磁场产生洛伦磁力，从而提高电子速率，提高等离子密度，并改善工艺性能。磁场辅助的激光加工在反射材料中进行了试验，但仍然是一个挑战。图3显示了静态和动态磁场下的激光加工工艺。

有研究人员系统探索了磁场辅助激光对镁合金进行盲孔和通孔的探测，并且发现磁场增加了入口直径，同时减少了盲孔深度。通过增强磁场强度，改善了热影响的平均晶粒尺寸，实现了晶粒细化。

图3.(a)静态；(b)动态下激光加工工艺。

2.3电场辅助的激光微加工

研究人员还探索了电场辅助激光加工的可能性。研究了激光与电场的相互作用现象。外加电场主要是在激光和材料相互作用区产生具有正极端和负极端环境的外部电场，从而提高加工性能(如图4所示)。

Chao等人就对高反材料进行了电场辅助激光冲击钻孔试验，已经测量了电场的影响和不同电极构型的影响，包括穿透深度以及入口直径。

图4.电场辅助激光加工示意图。

2.4水辅助激光微加工

对激光微加工后的孔和通道等微型部件进行了检查，观察到了表面质量的热缺陷。观察到的常见热缺陷包括热影响区、重铸层、碎屑和裂纹。较长的脉冲宽度会产生热效应，但飞秒和皮秒脉冲等短脉冲宽度的加工系统成本较高。因此，采用了水辅助激光微加工技术，以减少烧蚀过程中加工区工件材料中的过多热量。图5显示了水辅助激光加工的示意图。

图5.水下激光束加工示意图。

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总结

微组件具有高精度、更小尺寸公差和卓越的表面结构等品质。在未来几年中，微组件的应用将广泛增加，因此追求高生产率和低成本是有必要的。尽管激光束加工具有众多优势，但仍需后处理技术来优化组件。因此对复合加工技术的研究是有必要的，通过不同加工工艺进行组合往往会表现出两者各自的优势，加工出更加优质的组件。