光纤激光钻孔在航天领域的应用

 位于马萨诸塞州牛津市的IPG Photonics应用实验室安装了Laserdyne 795系统后，人们重新燃起了对Yb光纤激光器应用的兴趣。实验证明，用20 千瓦的CW光纤激光器进行冲击打孔和旋切打孔，可以得到质量很理想的孔。这一初步成功使得Laserdyne Champlin应用实验室又安装了15 千瓦CW Yb光纤激光器，来专门用于钻孔研究。 

他们的研究旨在获取实际钻孔应用中的额外数据，并且确定下一步所需要的激光器的尺寸。但是Yb光纤激光钻孔应用还存在一个重要的问题——激光器的成本。虽然光纤激光器能带来很多好处，但是它的成本要高出5倍多；所以在实际生产加工领域中这一技术可能行不通。 

另一种备选方案是用准连续波（QCW）激光器来加工，它的售价成本与Nd:YAG激光器一样。所需的QCW激光器尺寸范围可以通过一系列测试来决定。 

研究结论 

目前这一阶段的研究的最终结论如下： 

可以利用与Nd:YAG激光器参数最为接近的其他光纤激光器进行钻孔，并通过一系列参数选项来提高产量和/或孔的质量。 

提高光纤激光器的光束质量，可以提高功率密度和降低光斑大小，从而可以极大地影响冶金结果。 

对带有热障涂层(TBC)的材料进行钻孔，结果显示分层性能得到极大改善。 

旋切打孔比冲击打孔更为经济，而且旋切打孔的几何学、冶金学结果要比后者更好。不过，质量虽然提高了，可是产量却会下降。冲击打孔的速度是1孔/秒，而用旋切打孔来钻同样的孔却需要3秒，飞行钻孔的速度可以达到3孔/秒，同时还能保持同样的孔的质量。 

有这样一种可能：用非常规的钻孔参数可以得到不错的结果。例如，在1.45毫米厚的TBC涂层材料上钻直径为0.5毫米且与表面成30°角的孔，利用8ms的单束“长”脉冲来钻孔可以实现0.10秒的速度。 

使用9~12 千瓦范围内的QCW激光器可以提高钻孔的效率。事实上，当公布这一研究成果后，有一些有激光钻孔需求的公司对此进行了深入研究。这些研究最终让美国和欧洲的许多公司订购这一激光系统。 

虽然研究结果是振奋人心的，但仍有一些尚待解决的问题。其中最重要的一个问题就是，在进行冲击打孔和飞行钻孔时，如何控制好孔的尺寸。这将是下一轮研究和测试所关注的一个部分。 

对这一项目感兴趣的可以阅读完整的报告。初始研究结果在以下地址：http://www.primapowerinterface.com/fldp/index.html，其中还包括作者的音频。研究结果促使Laserdyne应用实验室购买了一台12千瓦QCW激光器以进行持续的应用研究。这些实验尚在进行中，并将会以类似的方式进行报告。