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　　兩種具有獨(dú)特加工能力的新型光纖激光器的加入，使現(xiàn)有納秒光纖激光器的范圍得到了拓展。第一種是模塊化光纖激光器，能夠?qū)⑵骄β侍岣咧翑?shù)千瓦；第二種能夠在較低的成本/瓦的銷(xiāo)售價(jià)格的基礎(chǔ)上，通過(guò)在長(zhǎng)皮秒級(jí)提供更窄脈寬提高了可調(diào)脈寬（MOPA）光纖激光器的效用。上述兩種激光器都在突破性的輻照度及功率水平下工作，明顯提高了現(xiàn)有的表面預(yù)制備、清潔、涂層去除等激光加工能力。這兩種光纖激光器不僅能進(jìn)一步減少對(duì)不利于環(huán)境保護(hù)的化學(xué)工藝的依賴(lài)，還能實(shí)現(xiàn)一些特殊的應(yīng)用，如改善高反金屬材料的焊接工藝。

　　激光表面處理

　　激光表面處理通常是指那些功率在數(shù)千瓦范圍的激光工藝，如熱處理、淬火、熔覆等，但是在這里我們將要討論的是小型的、精細(xì)的、深度較淺的加工，即通常所說(shuō)的激光表面織構(gòu)。我們對(duì)表面織構(gòu)的定義是在一個(gè)較大的表面積上，通過(guò)小型的、深度<10μm的紋路，使其形成功能化表面。可滿(mǎn)足這一定義的加工工藝已經(jīng)有多年應(yīng)用歷史， 主要方法是在圓柱體上進(jìn)行激光雕刻， 如網(wǎng)紋輥和壓花棍， 像素尺寸可以小至2μm（ 圖1）。激光雕刻模具也間接屬于這一范疇，只是網(wǎng)紋表面利用激光表面雕刻技術(shù)雕刻在另一種非金屬材料上，并作為模板用于重復(fù)制造。其他直接的激光織構(gòu)應(yīng)用，如改善表面摩擦屬性，也得到了廣泛研究。

圖1：使用單模光纖激光器生產(chǎn)的網(wǎng)紋輥，上面高度規(guī)律地分布著直徑為20μm的凹點(diǎn)，

深度為10μm（Courtesy： ALE [2]）

　　隨著納秒脈沖光纖激光器在可靠性、靈活性及性?xún)r(jià)比方面的改善，以及更高平均功率和更高覆蓋率產(chǎn)品的出現(xiàn)，激光表面改性技術(shù)的應(yīng)用日益提高，如清潔、去漆、焊接前預(yù)處理等。此外，人們對(duì)使用激進(jìn)的化學(xué)工藝的顧慮越來(lái)越多，也推動(dòng)了激光工藝的應(yīng)用，而上述兩種光纖激光器更使得這一趨勢(shì)得以加速推進(jìn)。如今，在多種材料上生成更大范圍的次微米及大型表面紋路或是形貌已經(jīng)成為可能。激光微加工、激光打標(biāo)、激光清潔、激光拋光和我們這里所談的激光表面織構(gòu)之間的界限開(kāi)始變得彼此重疊，所以，我們的討論與上述所有話(huà)題均相關(guān)。

　　關(guān)于激光表面織構(gòu)

　　對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)，表面加工和表面織構(gòu)這兩個(gè)詞都是用來(lái)形容那些經(jīng)過(guò)生產(chǎn)過(guò)程后得到的表面。為了說(shuō)明表面的三個(gè)主要特性，我們用沙丘來(lái)舉例，也許會(huì)有幫助（圖2）。

圖2：表面織構(gòu)的特性，包括粗糙度、波紋度及形狀

　　一簇一簇的沙粒表示表面織構(gòu)或表面加工，其中波紋度就是沙地上的紋路、曲率或是形狀就是沙丘的起伏。由于激光加工是非材料接觸的，所以工件上不會(huì)受到像機(jī)械加工那樣的力。因此，控制波紋度和曲率不再是一個(gè)力學(xué)問(wèn)題，而是變成了如何控制質(zhì)量為零的激光光束的移動(dòng)。大部分激光表面織構(gòu)應(yīng)用均要求能夠以較高的加工速度覆蓋較大的面積，因此，聚焦激光光束一般都是通過(guò)掃描振鏡，在材料表面上以高速進(jìn)行交互轉(zhuǎn)行移動(dòng)（一種左行右行交互式的書(shū)寫(xiě)方式）。這種工藝能夠?qū)崿F(xiàn)表面波浪式的變化。圖3是一個(gè)關(guān)于如何通過(guò)調(diào)整激光和移動(dòng)參數(shù)來(lái)增加材料清除量，從而將波紋中的細(xì)微變化體現(xiàn)在材料表面上的例子，更大的變化也能夠?qū)崿F(xiàn)。

圖3：在激光織構(gòu)中波紋度的細(xì)微變化，較低的部分是通過(guò)激光織構(gòu)實(shí)現(xiàn)的

（見(jiàn)圖10：在高倍放大鏡下觀察到的織構(gòu)區(qū)域）

　　如果確實(shí)需要在波紋的基礎(chǔ)上加上具有顯著曲率的3D形狀，那么可以利用多軸激光系統(tǒng)，通過(guò)減材（激光微加工）或是激光增材制造（LAM）加以實(shí)現(xiàn)。然而，將表面粗糙度（Ra）控制在比較低的水平是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的問(wèn)題，特別是在覆蓋率較高的時(shí)候，比如在大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)中的激光織構(gòu)。

圖4：在高倍放大鏡下看到的不銹鋼材料上的激光標(biāo)記（千瓦級(jí)納秒脈沖光纖激光器）